Synkronmotor: driftsprinsipp, enhet, formål

Synkrone elektriske motorer (SM) er ikke så vanlige som induksjonsmotorer for ekornbur. Men de brukes der et stort dreiemoment er nødvendig og hyppig overbelastning. Også denne typen motor brukes der det trengs høy effekt for å drive mekanismer, på grunn av den høye effektfaktor og muligheten til å forbedre strømfaktoren til nettverket, noe som vil redusere energikostnadene og belastningen betydelig linjer. Hva er en synkronmotor, hvor brukes den og hva er dens fordeler og ulemper vi vil vurdere i denne artikkelen.

Definisjon og handlingsprinsipp

Enkelt sagt kalles en elektrisk motor en synkronmotor, der rotasjonshastigheten til rotoren (akselen) sammenfaller med rotasjonshastigheten til statormagnetfeltet.

La oss kort vurdere prinsippet om drift av en slik elektrisk motor - den er basert på samspillet mellom en roterende statormagnetisk felt, som vanligvis skapes av trefaset vekselstrøm og konstant magnetfelt rotor.

Det konstante magnetfeltet til rotoren skapes av eksitasjonsviklingen eller permanente magneter. Strømmen i statorviklingene skaper et roterende magnetfelt, mens rotoren er i drift er en permanent magnet, dens poler suser til de motsatte polene til magneten statorfelt. Som et resultat roterer rotoren synkront med statorfeltet, som er hovedtrekket.

Husk det for asynkron motor rotasjonshastigheten til statoren MF og rotasjonshastigheten til rotoren er forskjellig med mengden slip, og dens mekanisk karakteristikk "humpet" med en topp ved kritisk slipp (under nominell hastighet rotasjon).

Hastigheten som statormagnetfeltet roterer med kan beregnes ved å bruke følgende ligning:

N = 60f / p

f er frekvensen til strømmen i viklingen, Hz, p er antall polpar.

Følgelig bestemmer den samme formelen rotasjonshastigheten til akselen til en synkronmotor.

De fleste AC-motorene som brukes i produksjonen er designet uten permanente magneter, og med feltvikling, mens laveffekt AC synkronmotorer er laget med permanente magneter på rotor.

Strømmen til feltviklingen tilføres av ringene og børsteenheten. I motsetning til en kollektormotor, hvor en roterende spole brukes til å overføre strøm samler (et sett med langsgående anordnede plater), på de synkrone ringene er installert på tvers av en av endene stator.

Den nåværende kilden til konstant eksitasjonsstrøm er tyristoreksiterer, ofte kalt "VTE" (etter navnet på en av seriene med slike enheter av innenlandsk produksjon). Tidligere ble eksiteringssystemet "generator-motor" brukt, da det ble installert en generator (aka exciter) på samme aksel med motoren, som gjennom motstander tilført strøm til eksitasjonsviklingen.

Rotoren til nesten alle synkrone DC-motorer utføres uten en eksitasjonsvikling, og med permanente magneter, selv om de er like i prinsippet om drift på AC LED-er, men i måten å koble til og kontrollere dem på, er de veldig forskjellige fra de klassiske trefasede maskiner.

En av hovedkarakteristikkene til en elektrisk motor er dens mekaniske egenskaper. For synkrone elektriske motorer er den nær en rett horisontal linje. Dette betyr at belastningen på akselen ikke påvirker hastigheten (før den når en kritisk verdi).

Dette oppnås nettopp på grunn av DC-eksitasjonen, derfor er synkronmotoren utmerket opprettholder konstant hastighet under skiftende belastninger, overbelastninger og spenningsfall (opp til en viss grense).

Nedenfor ser du en legende på diagrammet til en synkronmaskin.

Rotor design

Som alle andre har en synkron elektrisk motor to hoveddeler:

• Stator. Det er viklinger i den. Det kalles også et anker.
• Rotor. Permanente magneter eller en eksitasjonsvikling er installert på den. Det kalles også en induktor på grunn av dens formål - å skape et magnetfelt).

For å levere strøm til eksitasjonsviklingen, er 2 ringer installert på rotoren (siden eksitasjon med likestrøm, er en av dem forsynt med "+", og den andre med "-"). Børstene festes til børsteholderen.

Rotorer for AC synkronmotorer er av to typer, avhengig av formålet:

1. Eksplisitt pol. Stolpene (spolene) er godt synlige. Brukes ved lave hastigheter og et stort antall stolper.
2. Implisitt - ser ut som et rundt emne, i sporet som viklingstrådene er lagt på. De brukes ved høye rotasjonshastigheter (3000, 1500 rpm) og et lite antall stolper.

Synkron motorstart

Det særegne med denne typen elbiler er at den ikke bare kan kobles til nettverket og vente på at den starter. I tillegg, for driften av LED, er det ikke bare nødvendig med en eksitasjonsstrømkilde, den har også en ganske kompleks startkrets.

Oppstart skjer som i en induksjonsmotor, og for å skape et startmoment er det i tillegg til eksitasjonsviklingen også plassert en ekstra kortsluttet vikling "ekornbur" på rotoren. Den kalles også "demping"-viklingen fordi den øker stabiliteten ved plutselige overbelastninger.

Det er ingen eksitasjonsstrøm i rotorviklingen ved oppstart, og når den akselererer til subsynkron hastighet (3-5 % mindre synkron), tilføres eksitasjonsstrømmen, hvoretter den og statorstrømmen oscillerer, motoren går inn i synkronisme og går til Arbeidsmodus.

For å begrense startstrømmene til kraftige maskiner, reduseres spenningen ved terminalene til statorviklingene noen ganger ved å koble en autotransformator eller motstander i serie.

Mens synkronmaskinen startes i asynkron modus, er motstander koblet til eksitasjonsviklingen, hvis motstand overstiger motstanden til selve viklingen med 5 til 10 ganger. Dette er nødvendig slik at den pulserende magnetiske fluksen som oppstår under påvirkning av strømmene indusert i viklingen under oppstart ikke bremser akselerasjonen, og også for ikke å skade viklingene på grunn av EMF indusert i den.

Visninger

Det er mange typer slike maskiner, utformingen av en vekselstrømssynkron elektrisk motor med feltviklinger, som den vanligste i produksjonen, ble beskrevet ovenfor. Det finnes også andre typer, for eksempel:

• Permanent magnet synkronmotorer. Dette er ulike elektriske motorer, som PMSM – permanent magnet synkronmotor, BLDC – Brushless Direct Current og andre. Forskjellene mellom dem er i kontrollmetoden og formen på strømmen (sinusformet eller trapesformet). De kalles også børsteløse eller børsteløse motorer. Brukes i maskinverktøy, radiostyrte modeller, elektroverktøy, etc. De fungerer ikke direkte fra likestrøm, men gjennom en spesiell omformer.
• Trinnmotorer er synkrone børsteløse motorer, der rotoren nøyaktig holder en gitt posisjon, de brukes til posisjonering arbeidsverktøy i CNC-maskiner og for å kontrollere ulike elementer i automatiske systemer (for eksempel posisjonen til strupeventilen i bil). De består av en stator, i dette tilfellet er feltviklingene plassert på den, og en rotor, som er laget av mykt magnetisk eller hardt magnetisk materiale. Strukturelt er de veldig like de tidligere typene.
• Reaktiv.
• Hysterese.
• Reaktiv hysterese.

De tre siste typene lysdioder har heller ikke børster, de fungerer på grunn av rotorens spesielle design. Reaktive SM-er har tre design: en krysslaminert rotor, en rotor med uttalte poler og en aksiallaminert rotor. Forklaringen av prinsippet for arbeidet deres er ganske komplisert og vil ta mye, så vi vil utelate det. I praksis vil du sannsynligvis se slike elektriske motorer sjelden. Dette er hovedsakelig maskiner med lav effekt som brukes i automasjon.

Anvendelsesområde

Synkronmotorer er dyrere enn asynkronmotorer, og de krever også en ekstra kilde likestrømseksitasjon - dette reduserer delvis bredden på bruksfeltet for denne typen elektrisk maskiner. Imidlertid brukes synkrone elektriske motorer til å drive mekanismer der overbelastning er mulig og nøyaktig vedlikehold av stabil hastighet er nødvendig.

Dessuten brukes de oftest innen høyeffekt - hundrevis av kilowatt og enheter på megawatt, og, samtidig skjer start og stopp ganske sjelden, det vil si at maskinene jobber døgnet rundt lenge tid. Denne applikasjonen skyldes det faktum at synkronmaskiner opererer med cosphi nær 1, og kan produsere reaktive strøm inn i nettverket, som et resultat av at strømfaktoren til nettverket forbedres og forbruket reduseres, noe som er viktig for bedrifter.

Fordeler og ulemper

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

1. Drift med cosPhi = 1, på grunn av henholdsvis likestrømseksitasjon, bruker de ikke reaktiv kraft fra nettverket.
2. Under drift, med overeksitasjon, overføres reaktiv kraft til nettverket, noe som forbedrer nettverkets effektfaktor, spenningsfall og tap i det, og KM til generatorer i kraftverk øker.
3. Det maksimale dreiemomentet utviklet på akselen til SD er proporsjonalt med U, og for IM - U² (kvadratisk avhengighet av spenning). Dette betyr at lysdioden har god belastningskapasitet og driftsstabilitet, som bevares ved spenningsfall i nettet.
4. Som en konsekvens av alt dette er rotasjonshastigheten stabil under overbelastninger og fall, innenfor grensene for overbelastningskapasiteten, spesielt når eksitasjonsstrømmen økes.

En betydelig ulempe med en synkronmotor er imidlertid at dens utforming er mer komplisert enn for en induksjonsmotor med kortslutningsrotor; det er nødvendig med en exciter, uten hvilken den ikke kan fungere. Alt dette fører til høyere kostnader sammenlignet med asynkrone maskiner og kompleksitet i vedlikehold og drift.

Det er kanskje her fordelene og ulempene med synkrone elektriske motorer slutter. I denne artikkelen har vi forsøkt å oppsummere den generelle informasjonen om synkronmotorer. Hvis du har noe å legge til materialet - skriv i kommentarfeltet.

Relatert materiale:

• Hva er rotor og stator
• Hvordan elektrisitet overføres over avstander uten ledninger
• Hva er en frekvensomformer