Sinkroni motor: princip rada, uređaj, namjena

Sinkroni elektromotori (SM) nisu tako česti kao asinkroni motori s vjevericama. Ali koriste se tamo gdje je potreban veliki zakretni moment i često u procesu rada preopterećenje. Također, ovaj tip motora se koristi tamo gdje je potrebna velika snaga za pogon mehanizama, zbog visoke faktor snage i mogućnost poboljšanja faktora snage mreže, što će značajno smanjiti troškove energije i opterećenje linije. Što je sinkroni motor, gdje se koristi i koje su njegove prednosti i mane razmotrit ćemo u ovom članku.

Definicija i princip djelovanja

Jednostavnim riječima, električni motor se naziva sinkronim, u kojem se brzina vrtnje rotora (osovine) podudara sa brzinom rotacije magnetskog polja statora.

Razmotrimo ukratko princip rada takvog elektromotora - temelji se na interakciji rotirajućih magnetsko polje statora, koje obično stvara trofazna izmjenična struja i konstantno magnetsko polje rotor.

Konstantno magnetsko polje rotora stvara se uzbudnim namotom ili trajnim magnetima. Struja u namotima statora stvara rotirajuće magnetsko polje, dok rotor radi je trajni magnet, njegovi polovi jure prema suprotnim polovima magneta polja statora. Kao rezultat toga, rotor se rotira sinkrono s poljem statora, što je njegova glavna značajka.

Prisjetite se toga za asinkroni motor brzina rotacije statora MF i brzina rotacije rotora razlikuju se po količini klizanja, a mehanička karakteristika "grba" s vrhom pri kritičnom proklizavanju (ispod njegove nazivne brzine rotacija).

Brzina kojom se magnetsko polje statora rotira može se izračunati pomoću sljedeće jednadžbe:

N = 60f / str

f je frekvencija struje u namotu, Hz, p je broj parova polova.

U skladu s tim, ista formula određuje brzinu rotacije osovine sinkronog motora.

Većina AC motora koji se koriste u proizvodnji dizajnirani su bez trajnih magneta i sa namota polja, dok su sinkroni motori male snage izmjenične struje izrađeni s uključenim trajnim magnetima rotor.

Struja u namotu polja opskrbljuje se prstenovima i sklopom četkica. Za razliku od kolektorskog motora, gdje se za prijenos struje koristi rotirajući svitak kolektor (skup uzdužno raspoređenih ploča), na sinkronim prstenovima postavljeni su preko jednog od krajeva stator.

Strujni izvor stalne struje uzbude su tiristorski uzbudnici, koji se često nazivaju "VTE" (prema nazivu jednog od niza takvih uređaja domaće proizvodnje). Ranije se koristio sustav uzbude "generator-motor" kada je na istoj osovini s motorom bio ugrađen generator (tzv. exciter) koji je kroz otpornici dovedena struja uzbudnom namotu.

Rotor gotovo svih sinkronih istosmjernih motora izveden je bez uzbudnog namota, a s trajnim magnetima, iako su slični u princip rada na AC LED diodama, ali se po načinu povezivanja i upravljanja uvelike razlikuju od klasičnih trofaznih strojevi.

Jedna od glavnih karakteristika elektromotora je njegova mehanička karakteristika. Za sinkrone elektromotore je blizu ravne vodoravne crte. To znači da opterećenje na osovini ne utječe na njegovu brzinu (dok ne dosegne neku kritičnu vrijednost).

To se postiže upravo zahvaljujući istosmjernoj pobudi, stoga je sinkroni motor izvrstan održava konstantnu brzinu pri promjeni opterećenja, preopterećenja i padova napona (do određenog ograničiti).

Ispod vidite konvencionalnu oznaku na dijagramu sinkronog stroja.

Dizajn rotora

Kao i svaki drugi, sinkroni elektromotor ima dva glavna dijela:

• Stator. Sadrži namote. Također se naziva sidro.
• Rotor. Na njemu su ugrađeni trajni magneti ili uzbudni namot. Naziva se i induktorom zbog svoje namjene – stvaranja magnetskog polja).

Za opskrbu strujom uzbudnog namota, na rotor su ugrađena 2 prstena (od uzbude s istosmjernom strujom, jedan od njih se napaja s "+", a drugi s "-"). Četke su pričvršćene na držač četkica.

Rotori za sinkrone motore na izmjeničnu struju su dvije vrste, ovisno o namjeni:

1. Eksplicitni pol. Jasno su vidljivi polovi (zavojnice). Koristi se pri malim brzinama i velikom broju stupova.
2. Implicitno - izgleda kao okrugli prazni, u utor na koji su položene žice za namotavanje. Koriste se pri velikim brzinama vrtnje (3000, 1500 o/min) i malom broju polova.

Sinkroni start motora

Posebnost ovog tipa električnog automobila je da se ne može jednostavno uključiti u mrežu i čekati da se pokrene. Osim toga, za rad LED-a nije potreban samo izvor struje uzbude, već ima i prilično složen početni krug.

Pokretanje se događa kao kod asinkronog motora, a za stvaranje startnog momenta, osim uzbudnog namota, na rotor se postavlja i dodatni kratkospojeni namot "kavez s vjevericom". Naziva se i "prigušni" namot jer povećava stabilnost tijekom naglih preopterećenja.

Struja uzbude u namotu rotora pri pokretanju je odsutna, a kada se ubrza do subsinkrone brzine (3-5% manje sinkroni), dovodi se uzbudna struja, nakon čega ona i struja statora osciliraju, motor ulazi u sinkronizam i ide u Način rada.

Kako bi se ograničile početne struje snažnih strojeva, napon na stezaljkama namota statora ponekad se smanjuje spajanjem autotransformatora ili otpornika u seriju.

Dok se sinkroni stroj pokreće u asinkronom načinu rada, na uzbudni namot se spajaju otpornici, čiji otpor premašuje otpor samog namota za 5 do 10 puta. To je potrebno kako pulsirajući magnetski tok koji nastaje pod djelovanjem struja induciranih u namotu tijekom pokretanja ne usporava ubrzanje, a također i kako ne bi oštetio namote zbog EMF-a koji se inducira u njemu.

Pogledi

Postoji mnogo vrsta takvih strojeva, gore je opisan dizajn sinkronog elektromotora izmjenične struje s namotima polja, kao najčešćim u proizvodnji. Postoje i druge vrste, kao što su:

• Sinkroni motori s trajnim magnetom. Riječ je o raznim elektromotorima, kao što su PMSM – sinkroni motor s permanentnim magnetima, BLDC – istosmjerna struja bez četkica i drugi. Razlike među njima su u načinu upravljanja i obliku struje (sinusoidni ili trapezni). Nazivaju se i motori bez četkica ili bez četkica. Koristi se u alatnim strojevima, radio-upravljanim modelima, električnim alatima itd. Ne rade izravno iz istosmjerne struje, već kroz poseban pretvarač.
• Koračni motori su sinkroni motori bez četkica, kod kojih rotor precizno drži zadanu poziciju, koriste se za pozicioniranje radni alat u CNC strojevima i za upravljanje raznim elementima automatskih sustava (npr. položaj prigušne zaklopke u automobil). Sastoje se od statora, u ovom slučaju, namoti polja se nalaze na njemu i rotora koji je izrađen od mekog magnetskog ili tvrdog magnetskog materijala. Strukturno su vrlo slični prethodnim vrstama.
• Reaktivan.
• Histereza.
• Reaktivna histereza.

Posljednje tri vrste LED dioda također nemaju četke, rade zbog posebnog dizajna rotora. Reaktivni SM imaju tri izvedbe: križno laminirani rotor, rotor s izraženim polovima i aksijalno laminirani rotor. Objašnjenje principa njihova rada prilično je komplicirano i zahtijevat će mnogo, pa ćemo ga izostaviti. U praksi ćete takve elektromotore vjerojatno viđati rijetko. To su uglavnom strojevi male snage koji se koriste u automatizaciji.

Opseg primjene

Sinkroni motori su skuplji od asinkronih motora, a zahtijevaju i dodatni izvor uzbuda istosmjerne struje - to djelomično smanjuje širinu polja primjene ove vrste električne strojevi. Međutim, sinkroni elektromotori se koriste za pogon mehanizama gdje su moguća preopterećenja i gdje je potrebno precizno održavanje stabilne brzine.

Štoviše, najčešće se koriste u području velike snage - stotine kilovata i jedinice megavata, te, u isto vrijeme, pokretanje i zaustavljanje se javljaju prilično rijetko, odnosno strojevi rade 24 sata dnevno vrijeme. Ova je primjena posljedica činjenice da sinkroni strojevi rade s cosphi blizu 1 i mogu proizvesti reaktivne snage u mrežu, zbog čega se povećava faktor snage mreže i smanjuje njena potrošnja, što je važno za poduzeća.

Prednosti i nedostatci

Jednostavno rečeno, svaki električni automobil ima svoje prednosti i nedostatke. Pozitivni aspekti sinkronog motora su:

1. Rad s cosPhi = 1, zbog uzbude istosmjernom strujom, odnosno ne troše jalove snage iz mreže.
2. Tijekom rada, s prekomjernom pobudom, jalova snaga se prenosi u mrežu, poboljšavajući faktor snage mreže, pad napona i gubitke u njoj, a povećava se KM generatora u elektranama.
3. Maksimalni moment razvijen na osovini SD proporcionalan je U, a za IM - U² (kvadratna ovisnost o naponu). To znači da LED ima dobru nosivost i stabilnost rada, koji su očuvani tijekom pada napona u mreži.
4. Kao posljedica svega toga, brzina vrtnje je stabilna tijekom preopterećenja i padova, u granicama kapaciteta preopterećenja, posebice kada je struja uzbude povećana.

Međutim, značajan nedostatak sinkronog motora je što je njegov dizajn kompliciraniji od indukcijskog motora s kratkospojnim rotorom; potreban je uzbudnik bez kojeg ne može raditi. Sve to dovodi do većih troškova u odnosu na asinkrone strojeve i složenosti u održavanju i radu.

Možda tu prestaju prednosti i nedostaci sinkronih elektromotora. U ovom članku pokušali smo sažeti općenite informacije o sinkronim motorima. Ako imate nešto za dodati materijalu - napišite u komentarima.

Povezani materijali:

• Što je rotor i stator
• Kako se električna energija prenosi na udaljenosti bez žica
• Što je pretvarač frekvencije