Synkronmotor: funktionsprincip, enhet, syfte

Synkrona elmotorer (SM) är inte lika vanliga som induktionsmotorer för ekorrburar. Men de används där ett stort vridmoment behövs och ofta överbelastning. Även denna typ av motor används där hög effekt behövs för att driva mekanismer, på grund av den höga effektfaktor och förmågan att förbättra nätverkets effektfaktor, vilket avsevärt kommer att minska energikostnaderna och belastningen på rader. Vad är en synkronmotor, var används den och vilka är dess för- och nackdelar kommer vi att överväga i den här artikeln.

Definition och handlingsprincip

Enkelt uttryckt kallas en elmotor synkron, där rotorhastigheten för rotorn (axeln) sammanfaller med rotationshastigheten för statorns magnetfält.

Låt oss kort överväga principen för driften av en sådan elektrisk motor - den är baserad på interaktionen mellan en roterande statormagnetfält, som vanligtvis skapas av trefas växelström och konstant magnetfält rotor.

Det konstanta magnetfältet hos rotorn skapas av excitationslindningen eller permanentmagneter. Strömmen i statorlindningarna skapar ett roterande magnetfält medan rotorn är i drift är en permanentmagnet, dess poler rusar till magnetens motsatta poler statorfält. Som ett resultat roterar rotorn synkront med statorfältet, vilket är dess huvudfunktion.

Minns det för asynkron motor rotationshastigheten för statorn MF och rotorns rotationshastighet skiljer sig åt med mängden slir, och dess mekanisk karaktäristik "puckel" med en topp vid kritisk slirning (under dess nominella hastighet rotation).

Hastigheten med vilken statorns magnetfält roterar kan beräknas med hjälp av följande ekvation:

N = 60f/p

f är frekvensen för strömmen i lindningen, Hz, p är antalet polpar.

Följaktligen bestämmer samma formel rotationshastigheten för axeln på en synkronmotor.

De flesta AC-motorer som används i produktionen är konstruerade utan permanentmagneter och med fältlindning, medan synkronmotorer med låg effekt är gjorda med permanentmagneter på rotor.

Strömmen till fältlindningen tillförs av ringarna och borstenheten. Till skillnad från en kollektormotor, där en roterande spole används för att överföra ström uppsamlare (en uppsättning av längsgående arrangerade plattor), på de synkrona ringarna är installerade tvärs över en av ändarna stator.

Den nuvarande källan till konstant excitationsström är tyristorexciterare, ofta kallade "VTE" (efter namnet på en av serierna av sådana enheter för inhemsk produktion). Tidigare användes exciteringssystemet "generator-motor", då en generator (alias exciter) installerades på samma axel med motorn, som genom motstånd tillförd ström till excitationslindningen.

Rotorn på nästan alla synkrona likströmsmotorer utförs utan en excitationslindning och med permanentmagneter, även om de är lika i principen för drift på AC-lysdioder, men i sättet att ansluta och kontrollera dem skiljer de sig mycket från de klassiska trefasiga maskiner.

En av de viktigaste egenskaperna hos en elmotor är dess mekaniska egenskaper. För synkrona elmotorer är det nära en rak horisontell linje. Detta innebär att belastningen på axeln inte påverkar dess hastighet (förrän den når något kritiskt värde).

Detta uppnås just på grund av DC-exciteringen, därför är synkronmotorn utmärkt håller konstant hastighet med växlande belastningar, överbelastningar och spänningsfall (upp till en viss begränsa).

Nedan ser du en konventionell beteckning på diagrammet för en synkronmaskin.

Rotordesign

Som alla andra har en synkron elektrisk motor två huvuddelar:

• Stator. Det finns lindningar i den. Det kallas också för ankare.
• Rotor. Permanenta magneter eller en excitationslindning är installerade på den. Det kallas också en induktor på grund av dess syfte - att skapa ett magnetfält).

För att mata ström till excitationslindningen installeras 2 ringar på rotorn (eftersom excitation med likström är en av dem försedd med "+", och den andra med "-"). Borstarna är fästa på borsthållaren.

Rotorer för AC-synkronmotorer är av två typer, beroende på syftet:

1. Explicit stolpe. Polerna (spolarna) är tydligt synliga. Används vid låga hastigheter och ett stort antal stolpar.
2. Implicit - ser ut som ett runt ämne, i skåran som lindningstrådarna läggs på. De används vid höga rotationshastigheter (3000, 1500 rpm) och ett litet antal stolpar.

Synkron motorstart

Det speciella med denna typ av elbil är att den inte bara kan kopplas in i nätverket och vänta på att den ska starta. Dessutom, för driften av lysdioden, behövs inte bara en excitationsströmkälla, den har också en ganska komplex startkrets.

Uppstart sker som i en induktionsmotor och för att skapa ett startmoment placeras förutom excitationslindningen även en extra kortsluten lindnings "ekorrbur" på rotorn. Den kallas också för "dämpande" lindning eftersom den ökar stabiliteten vid plötsliga överbelastningar.

Det finns ingen magnetiseringsström i rotorlindningen vid start och när den accelererar till subsynkron hastighet (3-5 % mindre synkron) tillförs excitationsströmmen, varefter den och statorströmmen oscillerar, motorn går in i synkronism och går till Arbetsläge.

För att begränsa startströmmarna för kraftfulla maskiner reduceras ibland spänningen vid statorlindningarnas terminaler genom att ansluta en autotransformator eller motstånd i serie.

Medan synkronmaskinen startas i asynkront läge är motstånd anslutna till excitationslindningen, vars resistans överstiger resistansen hos själva lindningen med 5 till 10 gånger. Detta är nödvändigt så att det pulserande magnetiska flödet som uppstår under verkan av de strömmar som induceras i lindningen under uppstart inte saktar ner accelerationen och även för att inte skada lindningarna på grund av den EMF som induceras i den.

Visningar

Det finns många typer av sådana maskiner, designen av en växelströmssynkron elmotor med fältlindningar, som den vanligaste i produktionen, beskrevs ovan. Det finns andra typer också, som:

• Permanentmagnet synkronmotorer. Dessa är olika elmotorer, såsom PMSM - permanentmagnet synkronmotor, BLDC - Brushless Direct Current och andra. Skillnaderna mellan dem ligger i kontrollmetoden och formen på strömmen (sinusformad eller trapetsformad). De kallas också borstlösa eller borstlösa motorer. Används i verktygsmaskiner, radiostyrda modeller, elverktyg etc. De fungerar inte direkt från likström, utan genom en speciell omvandlare.
• Stegmotorer är synkrona borstlösa motorer, där rotorn exakt håller en given position, de används för positionering arbetsverktyg i CNC-maskiner och för att styra olika delar av automatiska system (till exempel positionen för gasspjället i bil). De består av en stator, i det här fallet är fältlindningarna placerade på den, och en rötor, som är gjord av mjukt magnetiskt eller hårt magnetiskt material. Strukturellt är de väldigt lika de tidigare typerna.
• Reaktiv.
• Hysteres.
• Reaktiv hysteres.

De tre sista typerna av lysdioder har inte heller borstar, de fungerar på grund av rotorns speciella design. Reaktiva SM: er har tre utföranden: en korslaminerad rotor, en rotor med uttalade poler och en axiellt laminerad rotor. Förklaringen av principen för deras arbete är ganska komplicerad och kommer att ta mycket, så vi kommer att utelämna den. I praktiken kommer du sannolikt att se sådana elmotorer sällan. Dessa är främst lågeffektsmaskiner som används inom automation.

Tillämpningsområde

Synkronmotorer är dyrare än asynkronmotorer, och de kräver också en extra källa likströmsexcitering - detta minskar delvis bredden på applikationsområdet för denna typ av elektrisk maskiner. Däremot används synkrona elmotorer för att driva mekanismer där överbelastning är möjlig och exakt upprätthållande av stabil hastighet krävs.

Dessutom används de oftast inom högeffektsområdet - hundratals kilowatt och enheter av megawatt, och, samtidigt sker start och stopp ganska sällan, det vill säga maskinerna arbetar dygnet runt länge tid. Denna applikation beror på det faktum att synkronmaskiner arbetar med cosphi nära 1 och kan producera reaktiva ström in i nätverket, vilket leder till att nätverkets effektfaktor förbättras och dess förbrukning minskar, vilket är viktigt för företag.

Fördelar och nackdelar

Enkelt uttryckt har varje elbil sina för- och nackdelar. De positiva aspekterna av en synkronmotor är:

1. Drift med cosPhi = 1, på grund av likströmsexcitering, respektive, förbrukar de inte reaktiv effekt från nätverket.
2. Under drift, med överexcitering, överförs reaktiv effekt till nätverket, vilket förbättrar nätverkets effektfaktor, spänningsfall och förluster i det, och KM för generatorer i kraftverk ökar.
3. Det maximala vridmomentet som utvecklas på axeln på SD är proportionellt mot U, och för IM - U² (kvadratiskt beroende av spänning). Detta innebär att lysdioden har en god belastningskapacitet och driftsstabilitet, som bevaras vid ett spänningsfall i nätet.
4. Som en konsekvens av allt detta är rotationshastigheten stabil vid överbelastningar och fall, inom gränserna för överbelastningskapaciteten, speciellt när magnetiseringsströmmen ökas.

En betydande nackdel med en synkronmotor är dock att dess konstruktion är mer komplicerad än den för en induktionsmotor med en kortslutningsrotor, det behövs en exciter, utan vilken den inte kan fungera. Allt detta leder till högre kostnader jämfört med asynkrona maskiner och komplexitet i underhåll och drift.

Det är kanske här fördelarna och nackdelarna med synkrona elmotorer slutar. I den här artikeln har vi försökt att sammanfatta den allmänna informationen om synkronmotorer. Om du har något att lägga till materialet - skriv i kommentarerna.

Relaterat material:

• Vad är rotor och stator
• Hur elektricitet överförs över avstånd utan ledningar
• Vad är en frekvensomformare