Sinchroninis variklis: veikimo principas, įrenginys, paskirtis

Sinchroniniai elektros varikliai (SM) nėra tokie įprasti kaip voverės narvelio indukciniai varikliai. Tačiau jie naudojami ten, kur reikalingas didelis sukimo momentas, o eksploatacijos metu – dažnai perkrova. Taip pat tokio tipo varikliai naudojami ten, kur mechanizmams valdyti reikalinga didelė galia, dėl didelio galios koeficientas ir galimybė pagerinti tinklo galios koeficientą, o tai žymiai sumažins energijos sąnaudas ir apkrovą linijos. Kas yra sinchroninis variklis, kur jis naudojamas ir kokie yra jo privalumai ir trūkumai, mes apsvarstysime šiame straipsnyje.

Apibrėžimas ir veikimo principas

Paprasčiau tariant, elektros variklis vadinamas sinchroniniu, kuriame rotoriaus (veleno) sukimosi greitis sutampa su statoriaus magnetinio lauko sukimosi greičiu.

Trumpai panagrinėkime tokio elektros variklio veikimo principą – jis pagrįstas besisukančiojo sąveika statoriaus magnetinis laukas, kurį dažniausiai sukuria trifazė kintamoji srovė ir pastovus magnetinis laukas rotorius.

Pastovų rotoriaus magnetinį lauką sukuria sužadinimo apvija arba nuolatiniai magnetai. Srovė statoriaus apvijose sukuria besisukantį magnetinį lauką, kol rotorius veikia yra nuolatinis magnetas, jo poliai veržiasi į priešingus magneto polius statoriaus laukai. Dėl to rotorius sukasi sinchroniškai su statoriaus lauku, o tai yra pagrindinė jo savybė.

Prisiminkite tai dėl asinchroninis variklis statoriaus MF sukimosi greitis ir rotoriaus sukimosi greitis skiriasi nuo slydimo dydžio, o jo mechaninė charakteristika yra „kuprotinga“ ir didžiausia esant kritiniam slydimui (žemiau vardinio greičio sukimasis).

Statoriaus magnetinio lauko sukimosi greitį galima apskaičiuoti naudojant šią lygtį:

N = 60f / p

f – srovės dažnis apvijoje, Hz, p – polių porų skaičius.

Atitinkamai ta pati formulė nustato sinchroninio variklio veleno sukimosi greitį.

Dauguma gamyboje naudojamų kintamosios srovės variklių yra suprojektuoti be nuolatinių magnetų ir su lauko apvija, o mažos galios kintamosios srovės sinchroniniai varikliai gaminami su nuolatiniais magnetais rotorius.

Srovę į lauko apviją tiekia žiedai ir šepečio mazgas. Skirtingai nuo kolektoriaus variklio, kuriame srovei perduoti naudojama besisukanti ritė kolektorius (išilgai išdėstytų plokščių rinkinys), ant sinchroninių žiedų sumontuoti per vieną iš galų statorius.

Dabartinis nuolatinės sužadinimo srovės šaltinis yra tiristorių žadintuvai, dažnai vadinami "VTE" (pagal vienos iš tokių vietinės gamybos prietaisų serijos pavadinimą). Anksčiau buvo naudojama „generatoriaus-variklio“ žadinimo sistema, kai generatorius (dar žinomas kaip žadintuvas) buvo sumontuotas ant to paties veleno su varikliu, kuris per rezistoriai tiekiama srovė į žadinimo apviją.

Beveik visų sinchroninių nuolatinės srovės variklių rotorius atliekamas be sužadinimo apvijos ir su nuolatiniais magnetais, nors jie yra panašūs kintamosios srovės šviesos diodų veikimo principas, tačiau jų prijungimo ir valdymo būdu jie labai skiriasi nuo klasikinių trifazių mašinos.

Viena iš pagrindinių elektros variklio charakteristikų yra jo mechaninė charakteristika. Sinchroniniams elektros varikliams jis yra arti tiesios horizontalios linijos. Tai reiškia, kad veleno apkrova neturi įtakos jo greičiui (kol nepasiekia tam tikros kritinės vertės).

Tai pasiekiama būtent dėl ​​nuolatinės srovės žadinimo, todėl sinchroninis variklis yra puikus palaiko pastovų greitį kintant apkrovoms, perkrovoms ir įtampos kritimams (iki tam tikro riba).

Žemiau matote sinchroninės mašinos diagramos legendą.

Rotoriaus konstrukcija

Kaip ir bet kuris kitas, sinchroninis elektros variklis turi dvi pagrindines dalis:

• Statorius. Jame yra apvijos. Jis taip pat vadinamas inkaru.
• Rotorius. Ant jo sumontuoti nuolatiniai magnetai arba sužadinimo apvija. Jis dar vadinamas induktoriumi dėl savo paskirties – sukurti magnetinį lauką).

Norėdami tiekti srovę į žadinimo apviją, ant rotoriaus sumontuoti 2 žiedai (kadangi žadinimas nuolatine srove, vienas iš jų tiekiamas su "+", o kitas - "-"). Šepečiai tvirtinami prie šepetėlio laikiklio.

Kintamosios srovės sinchroninių variklių rotoriai, priklausomai nuo paskirties, yra dviejų tipų:

1. Aiškus polius. Aiškiai matosi stulpai (ritės). Naudojamas esant mažam greičiui ir daugybei polių.
2. Netiesioginis - atrodo kaip apvalus ruošinys, į angą, ant kurios klojami apvijų laidai. Jie naudojami esant dideliam sukimosi greičiui (3000, 1500 aps./min.) ir nedideliam polių skaičiui.

Sinchroninis variklio paleidimas

Šio tipo elektromobilių ypatumas yra tas, kad jo negalima tiesiog įjungti į tinklą ir laukti, kol jis užsives. Be to, šviesos diodo veikimui reikalingas ne tik sužadinimo srovės šaltinis, bet ir gana sudėtinga paleidimo grandinė.

Paleidimas vyksta kaip indukciniame variklyje, o paleidimo sukimo momentui sukurti, be sužadinimo apvijos, ant rotoriaus dar uždedamas papildomas trumpojo jungimo apvijos „voverės narvelis“. Ji taip pat vadinama „slopinančia“ apvija, nes padidina stabilumą staigių perkrovų metu.

Rotoriaus apvijoje nėra žadinimo srovės paleidimo metu ir jam įsibėgėjus iki subsinchroninio greičio (3-5% mažiau sinchroninis), tiekiama žadinimo srovė, po kurios ji ir statoriaus srovė svyruoja, variklis pereina į sinchronizmą ir eina į Darbo režimas.

Norint apriboti galingų mašinų paleidimo sroves, kartais sumažinama įtampa statoriaus apvijų gnybtuose, nuosekliai jungiant autotransformatorių ar rezistorius.

Sinchroninei mašinai paleidžiant asinchroninį režimą, prie žadinimo apvijos prijungiami rezistoriai, kurių varža 5–10 kartų viršija pačios apvijos varžą. Tai būtina, kad pulsuojantis magnetinis srautas, atsirandantis veikiant apvijoje indukuotoms srovėms paleidimo metu, nesulėtėtų pagreičio, taip pat nepažeistų apvijų dėl jame sukelto EML.

Peržiūrėjo

Tokių mašinų rūšių yra labai daug, kintamosios srovės sinchroninio elektros variklio su lauko apvijomis, kaip dažniausiai gamyboje, konstrukcija buvo aprašyta aukščiau. Taip pat yra ir kitų tipų, tokių kaip:

• Nuolatinio magneto sinchroniniai varikliai. Tai įvairūs elektros varikliai, tokie kaip PMSM – nuolatinio magneto sinchroninis variklis, BLDC – Brushless Direct Current ir kt. Skirtumai tarp jų yra valdymo metodas ir srovės forma (sinusinė arba trapecija). Jie taip pat vadinami varikliais be šepetėlių arba be šepetėlių. Naudojamas staklėse, radijo bangomis valdomuose modeliuose, elektriniuose įrankiuose ir kt. Jie veikia ne tiesiogiai iš nuolatinės srovės, o per specialų keitiklį.
• Žingsniniai varikliai yra sinchroniniai varikliai be šepetėlių, kuriuose rotorius tiksliai išlaiko tam tikrą padėtį, jie naudojami padėties nustatymui darbo įrankis CNC staklėse ir įvairiems automatinių sistemų elementams valdyti (pavyzdžiui, droselio vožtuvo padėtis automobilis). Jie susideda iš statoriaus, šiuo atveju ant jo yra lauko apvijos, ir rotoriaus, pagaminto iš minkštos magnetinės arba kietos magnetinės medžiagos. Struktūriškai jie labai panašūs į ankstesnius tipus.
• Reaktyvus.
• Histerezė.
• Reaktyvioji histerezė.

Paskutiniai trys šviesos diodų tipai taip pat neturi šepečių, jie veikia dėl ypatingos rotoriaus konstrukcijos. Reaktyvūs SM yra trijų konstrukcijų: kryžminis sluoksniuotas rotorius, rotorius su ryškiais poliais ir ašinis sluoksniuotas rotorius. Jų darbo principo paaiškinimas yra gana sudėtingas ir užtruks daug, todėl jo praleisime. Praktikoje tokius elektros variklius greičiausiai pamatysite nedažnai. Tai daugiausia mažos galios mašinos, naudojamos automatikoje.

Taikymo sritis

Sinchroniniai varikliai yra brangesni nei asinchroniniai, jiems taip pat reikalingas papildomas šaltinis nuolatinės srovės sužadinimas - tai iš dalies sumažina šio tipo elektros įrangos taikymo srities plotį mašinos. Tačiau sinchroniniai elektros varikliai naudojami mechanizmams varyti, kai galimos perkrovos ir reikalingas tikslus stabilaus greičio palaikymas.

Be to, jie dažniausiai naudojami didelės galios srityje - šimtai kilovatų ir megavatų vienetai, ir tuo pačiu metu užvedimas ir sustojimas vyksta gana retai, tai yra, mašinos ilgai dirba visą parą laikas. Ši programa sukurta dėl to, kad sinchroninės mašinos veikia su cosphi artimu 1 ir gali gaminti reaktyvųjį maitinimas į tinklą, dėl to pagerėja tinklo galios koeficientas ir sumažėja jo suvartojimas, o tai svarbu įmonių.

Privalumai ir trūkumai

Paprasčiau tariant, bet kuris elektromobilis turi savo privalumų ir trūkumų. Teigiami sinchroninio variklio aspektai yra šie:

1. Veikimas su cosPhi = 1, dėl nuolatinės srovės sužadinimo, atitinkamai, jie nevartoja reaktyviosios galios iš tinklo.
2. Eksploatacijos metu su per dideliu sužadinimu jie perduoda reaktyviąją galią į tinklą, pagerindami tinklo galios koeficientą, įtampos kritimą ir nuostolius jame, didėja generatorių KM elektrinėse.
3. Didžiausias sukimo momentas, sukurtas ant SD veleno, yra proporcingas U, o IM - U² (kvadratinė priklausomybė nuo įtampos). Tai reiškia, kad šviesos diodas turi gerą apkrovą ir veikimo stabilumą, kuris išsaugomas tinkle nukritus įtampai.
4. Dėl viso to sukimosi greitis yra stabilus perkrovų ir kritimų metu, perkrovos pajėgumo ribose, ypač padidinus žadinimo srovę.

Tačiau reikšmingas sinchroninio variklio trūkumas yra tai, kad jo konstrukcija yra sudėtingesnė nei asinchroninio variklio su trumpojo jungimo rotoriumi, reikia žadintuvo, be kurio jis negali veikti. Visa tai lemia didesnes išlaidas, palyginti su asinchroninėmis mašinomis, ir sudėtingesnę priežiūrą bei eksploatavimą.

Galbūt čia ir baigiasi sinchroninių elektros variklių privalumai ir trūkumai. Šiame straipsnyje mes bandėme apibendrinti bendrą informaciją apie sinchroninius variklius. Jei turite ką pridėti prie medžiagos - rašykite komentaruose.

Susijusios medžiagos:

• Kas yra rotorius ir statorius
• Kaip elektra perduodama dideliais atstumais be laidų
• Kas yra dažnio keitiklis