Motor síncrono: princípio de operação, dispositivo, propósito

Os motores elétricos síncronos (SM) não são tão comuns quanto os motores de indução em gaiola. Mas eles são usados ​​onde um grande torque é necessário e frequente sobrecarga. Além disso, este tipo de motor é usado onde é necessária alta potência para acionar os mecanismos, devido ao alto fator de potência e a capacidade de melhorar o fator de potência da rede, o que reduzirá significativamente os custos de energia e a carga linhas. O que é um motor síncrono, onde ele é usado e quais são seus prós e contras consideraremos neste artigo.

Definição e princípio de operação

Em termos simples, um motor elétrico é denominado motor síncrono, no qual a velocidade de rotação do rotor (eixo) coincide com a velocidade de rotação do campo magnético do estator.

Vamos considerar brevemente o princípio de operação de tal motor elétrico - é baseado na interação de um motor rotativo campo magnético do estator, que geralmente é criado por corrente alternada trifásica e campo magnético constante rotor.

O campo magnético constante do rotor é criado pelo enrolamento de excitação ou ímãs permanentes. A corrente nos enrolamentos do estator cria um campo magnético giratório, enquanto o rotor está em operação é um ímã permanente, seus pólos correm para os pólos opostos do magnético campos do estator. Como resultado, o rotor gira em sincronia com o campo do estator, que é sua principal característica.

Lembre-se disso para motor assíncrono a velocidade de rotação do estator MF e a velocidade de rotação do rotor diferem pela quantidade de escorregamento, e sua característica mecânica "curvada" com um pico no escorregamento crítico (abaixo de sua velocidade nominal rotação).

A velocidade na qual o campo magnético do estator gira pode ser calculada usando a seguinte equação:

N = 60f / p

f é a frequência da corrente no enrolamento, Hz, p é o número de pares de pólos.

Consequentemente, a mesma fórmula determina a velocidade de rotação do eixo de um motor síncrono.

A maioria dos motores CA usados ​​na produção são projetados sem ímãs permanentes e com enrolamento de campo, enquanto os motores síncronos CA de baixa potência são feitos com ímãs permanentes rotor.

A corrente para o enrolamento de campo é fornecida pelos anéis e pelo conjunto da escova. Ao contrário de um motor coletor, onde uma bobina giratória é usada para transmitir a corrente coletor (um conjunto de placas dispostas longitudinalmente), nos anéis síncronos são instalados em uma das extremidades estator.

A fonte atual de corrente de excitação constante são excitadores de tiristores, freqüentemente chamados de "VTE" (após o nome de uma das séries de tais dispositivos de produção doméstica). Anteriormente, um sistema de excitação gerador-motor era usado, quando um gerador (também conhecido como excitador) era instalado no mesmo eixo com o motor, que através resistores corrente fornecida ao enrolamento de excitação.

O rotor de quase todos os motores CC síncronos é executado sem enrolamento de excitação e com ímãs permanentes, embora sejam semelhantes em o princípio de operação em LEDs AC, mas na forma de conectá-los e controlá-los, eles são muito diferentes do trifásico clássico máquinas.

Uma das principais características de um motor elétrico é sua característica mecânica. Para motores elétricos síncronos, é próximo a uma linha horizontal reta. Isso significa que a carga no eixo não afeta sua velocidade (até atingir algum valor crítico).

Isso é conseguido precisamente devido à excitação DC, portanto, o motor síncrono é excelente mantém a velocidade constante sob mudanças de cargas, sobrecargas e quedas de tensão (até um certo limite).

Abaixo você vê uma legenda no diagrama de uma máquina síncrona.

Projeto do rotor

Como qualquer outro, um motor elétrico síncrono tem duas partes principais:

• Estator. Existem enrolamentos nele. Também é chamada de âncora.
• Rotor. Imãs permanentes ou um enrolamento de excitação são instalados nele. Também é chamado de indutor devido ao seu propósito - criar um campo magnético).

Para fornecer corrente ao enrolamento de excitação, são instalados 2 anéis no rotor (desde a excitação com corrente contínua, um deles é alimentado com "+" e o outro com "-"). As escovas são fixadas no porta-escovas.

Os rotores para motores síncronos CA são de dois tipos, dependendo da finalidade:

1. Pólo explícito. Os pólos (bobinas) são claramente visíveis. Usado em baixas velocidades e um grande número de postes.
2. Implícito - parece uma placa redonda, na ranhura em que os fios do enrolamento são colocados. Eles são usados ​​em altas velocidades de rotação (3000, 1500 rpm) e um pequeno número de pólos.

Partida síncrona do motor

A peculiaridade desse tipo de carro elétrico é que ele não pode ser simplesmente conectado à rede e aguardar a partida. Além disso, para o funcionamento do LED, não só é necessária uma fonte de corrente de excitação, mas também um circuito de partida bastante complexo.

A partida ocorre como em um motor de indução, e para criar um torque de partida, além do enrolamento de excitação, um enrolamento adicional "gaiola" em curto-circuito também é colocado no rotor. É também chamado de enrolamento de "amortecimento" porque aumenta a estabilidade durante sobrecargas repentinas.

Não há corrente de excitação no enrolamento do rotor na inicialização e quando acelera para a velocidade subsíncrona (3-5% menos síncrona), a corrente de excitação é fornecida, após o que ela e a corrente do estator oscilam, o motor entra em sincronismo e vai para Modo de trabalho.

Para limitar as correntes de partida de máquinas potentes, a tensão nos terminais dos enrolamentos do estator às vezes é reduzida conectando um autotransformador ou resistores em série.

Enquanto a máquina síncrona é iniciada no modo assíncrono, resistores são conectados ao enrolamento de excitação, cuja resistência excede a resistência do próprio enrolamento em 5 a 10 vezes. Isso é necessário para que o fluxo magnético pulsante que surge sob a ação das correntes induzidas no enrolamento durante o start-up não desacelere a aceleração, e também para não danificar os enrolamentos devido ao EMF nele induzido.

Visualizações

Existem muitos tipos de tais máquinas, o projeto de um motor elétrico síncrono de corrente alternada com enrolamentos de campo, como o mais comum na produção, foi descrito acima. Existem outros tipos também, como:

• Motores síncronos de ímã permanente. São vários motores elétricos, como PMSM - motor síncrono de ímã permanente, BLDC - corrente contínua sem escova e outros. As diferenças entre eles estão no método de controle e na forma da corrente (sinusoidal ou trapezoidal). Eles também são chamados de motores sem escova ou sem escova. Usado em máquinas-ferramentas, modelos controlados por rádio, ferramentas elétricas, etc. Eles não funcionam diretamente da corrente contínua, mas através de um conversor especial.
• Os motores de passo são motores sem escova síncronos, nos quais o rotor mantém precisamente uma determinada posição, eles são usados ​​para o posicionamento ferramenta de trabalho em máquinas CNC e para controlar vários elementos de sistemas automáticos (por exemplo, a posição da válvula borboleta em carro). Eles consistem em um estator, neste caso, os enrolamentos de campo estão localizados nele, e um rotor, que é feito de material magnético macio ou magnético rígido. Estruturalmente, eles são muito semelhantes aos tipos anteriores.
• Reativo.
• Histerese.
• Histerese reativa.

Os três últimos tipos de LEDs também não possuem escovas, funcionam devido ao design especial do rotor. Os SMs reativos têm três designs: um rotor laminado cruzado, um rotor com pólos pronunciados e um rotor laminado axial. A explicação do princípio de seu trabalho é um tanto complicada e demorada, portanto, a omitiremos. Na prática, é provável que você veja esses motores elétricos com pouca frequência. Estas são principalmente máquinas de baixa potência usadas em automação.

Âmbito de aplicação

Motores síncronos são mais caros do que motores assíncronos e também requerem uma fonte adicional excitação por corrente contínua - isso reduz parcialmente a largura do campo de aplicação deste tipo de máquinas. No entanto, motores elétricos síncronos são usados ​​para acionar mecanismos onde sobrecargas são possíveis e a manutenção precisa de velocidade estável é necessária.

Além disso, eles são mais frequentemente usados ​​no campo de alta potência - centenas de quilowatts e unidades de megawatt, e, ao mesmo tempo, a partida e a parada ocorrem muito raramente, ou seja, as máquinas funcionam 24 horas por dia por um longo Tempo. Esta aplicação se deve ao fato de máquinas síncronas operarem com cosphi próximo a 1, podendo produzir reativos energia na rede, como resultado do qual o fator de potência da rede é melhorado e seu consumo diminui, o que é importante para empreendimentos.

Vantagens e desvantagens

Em termos simples, qualquer carro elétrico tem seus prós e contras. Os aspectos positivos de um motor síncrono são:

1. Operação com cosPhi = 1, devido à excitação por corrente contínua, respectivamente, eles não consomem potência reativa da rede.
2. Durante a operação, com sobreexcitação, a potência reativa é transferida para a rede, melhorando o fator de potência da rede, queda e perdas de tensão na mesma, e o KM dos geradores nas usinas aumenta.
3. O torque máximo desenvolvido no eixo do SD é proporcional a U, e para o IM - U² (dependência quadrática da tensão). Isso significa que o LED possui boa capacidade de carga e estabilidade de funcionamento, que são preservadas em caso de queda de tensão na rede.
4. Como consequência de tudo isso, a velocidade de rotação é estável durante sobrecargas e afundamentos, dentro dos limites da capacidade de sobrecarga, principalmente quando a corrente de excitação é aumentada.

No entanto, uma desvantagem significativa de um motor síncrono é que seu projeto é mais complicado do que um motor de indução com rotor de curto-circuito, sendo necessária uma excitatriz, sem a qual ele não pode funcionar. Tudo isso leva a um custo mais alto em comparação com máquinas assíncronas e complexidade na manutenção e operação.

Talvez seja aqui que terminam as vantagens e desvantagens dos motores elétricos síncronos. Neste artigo, tentamos resumir as informações gerais sobre motores síncronos. Se você tem algo a acrescentar ao material - escreva nos comentários.

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