Motor sincron: principiu de funcționare, dispozitiv, scop

Motoarele electrice sincrone (SM) nu sunt la fel de comune ca motoarele cu inducție cu cușcă de veveriță. Dar sunt folosite acolo unde este nevoie de un cuplu mare și în procesul de funcționare, frecvent suprasarcina. De asemenea, acest tip de motor este folosit acolo unde este nevoie de putere mare pentru antrenarea mecanismelor, din cauza marelui factorul de putere și capacitatea de a îmbunătăți factorul de putere al rețelei, ceea ce va reduce semnificativ costurile de energie și va încărca linii. Ce este un motor sincron, unde este folosit și care sunt avantajele și dezavantajele lui pe care le vom lua în considerare în acest articol.

Definiție și principiu de acțiune

În termeni simpli, un motor electric se numește sincron, în care viteza de rotație a rotorului (arborelui) coincide cu viteza de rotație a câmpului magnetic al statorului.

Să luăm în considerare pe scurt principiul de funcționare a unui astfel de motor electric - se bazează pe interacțiunea unui motor rotativ. câmp magnetic al statorului, care este de obicei creat de curent alternativ trifazat și câmp magnetic constant rotor.

Câmpul magnetic constant al rotorului este creat de înfășurarea de excitație sau de magneții permanenți. Curentul din înfășurările statorului creează un câmp magnetic rotativ, în timp ce rotorul este în funcțiune este un magnet permanent, polii săi se îndreaptă spre polii opuși ai magneticului câmpurile statorice. Ca urmare, rotorul se rotește sincron cu câmpul statorului, care este principala sa caracteristică.

Amintiți-vă că pentru motor asincron viteza de rotație a statorului MF și viteza de rotație a rotorului diferă prin cantitatea de alunecare, iar caracteristica mecanică „cocoșată” cu un vârf la alunecare critică (sub viteza sa nominală rotație).

Viteza cu care se rotește câmpul magnetic al statorului poate fi calculată folosind următoarea ecuație:

N = 60f/p

f este frecvența curentului în înfășurare, Hz, p este numărul de perechi de poli.

În consecință, aceeași formulă determină viteza de rotație a arborelui unui motor sincron.

Majoritatea motoarelor AC utilizate în producție sunt proiectate fără magneți permanenți și cu înfășurare de câmp, în timp ce motoarele sincrone de curent alternativ de putere redusă sunt realizate cu magneți permanenți porniți rotor.

Curentul către înfășurarea câmpului este furnizat de inele și ansamblul periei. Spre deosebire de un motor colector, unde o bobină rotativă este folosită pentru a transmite curent colector (un set de plăci distanțate longitudinal), pe inelele sincrone sunt instalate peste unul dintre capete stator.

Sursa curentă de curent de excitație constantă este excitatoarele tiristoare, adesea numite „VTE” (după numele unuia dintre seriale de astfel de dispozitive de producție internă). Anterior, se folosea sistemul de excitație „generator-motor”, când pe același arbore cu motorul era instalat un generator (aka exciter), care prin rezistențe curent furnizat înfăşurării de excitaţie.

Rotorul aproape tuturor motoarelor sincrone de curent continuu este realizat fără înfășurare de excitație și cu magneți permanenți, deși sunt similari în principiul de funcționare pe LED-urile AC, dar în modul de conectare și control al acestora, acestea sunt foarte diferite de clasicele trifazate masini.

Una dintre principalele caracteristici ale unui motor electric este caracteristica sa mecanică. Pentru motoarele electrice sincrone, este aproape de o linie orizontală dreaptă. Aceasta înseamnă că sarcina pe arbore nu afectează viteza acestuia (până când atinge o valoare critică).

Acest lucru se realizează tocmai datorită excitației DC, prin urmare motorul sincron este excelent menține viteza constantă în condiții de schimbare a sarcinilor, suprasarcinilor și căderilor de tensiune (până la un anumit limită).

Mai jos vedeți o legendă pe diagrama unei mașini sincrone.

Designul rotorului

Ca oricare altul, un motor electric sincron are două părți principale:

• Stator. Există înfășurări în el. Se mai numește și ancoră.
• Rotor. Pe el sunt instalați magneți permanenți sau o înfășurare de excitație. Este numit și inductor datorită scopului său - de a crea un câmp magnetic).

Pentru a furniza curent înfășurării de excitație, pe rotor sunt instalate 2 inele (deoarece excitația cu curent continuu, unul dintre ele este alimentat cu „+”, iar celălalt cu „-”). Periile sunt atașate de suportul pentru perie.

Rotoarele pentru motoarele sincrone cu curent alternativ sunt de două tipuri, în funcție de scop:

1. Pol explicit. Polii (bobinele) sunt clar vizibili. Folosit la viteze mici și un număr mare de stâlpi.
2. Implicit - arată ca un semifabricat rotund, în fanta pe care sunt așezate firele de înfășurare. Se folosesc la viteze mari de rotație (3000, 1500 rpm) și un număr mic de poli.

Pornirea motorului sincron

Particularitatea acestui tip de mașină electrică este că nu poate fi pur și simplu conectată la rețea și așteptați să pornească. În plus, pentru funcționarea LED-ului, nu este nevoie doar de o sursă de curent de excitație, ci are și un circuit de pornire destul de complex.

Pornirea are loc ca într-un motor cu inducție și pentru a crea un cuplu de pornire, pe lângă înfășurarea de excitație, pe rotor este plasată și o înfășurare suplimentară scurtcircuitată „cușcă de veveriță”. Se mai numește înfășurare „amortizare” deoarece crește stabilitatea în timpul supraîncărcărilor bruște.

Nu există curent de excitație în înfășurarea rotorului la pornire și atunci când accelerează la viteza subsincronă (3-5% mai puțin sincron), este furnizat curentul de excitație, după care acesta și curentul statorului oscilează, motorul intră în sincronism și trece la Modul de lucru.

Pentru a limita curenții de pornire ai mașinilor puternice, tensiunea la bornele înfășurărilor statorului este uneori redusă prin conectarea unui autotransformator sau a rezistențelor în serie.

În timp ce mașina sincronă este pornită în modul asincron, rezistențele sunt conectate la înfășurarea de excitație, a cărei rezistență depășește rezistența înfășurării în sine de 5 până la 10 ori. Acest lucru este necesar pentru ca fluxul magnetic pulsatoriu care apare sub acțiunea curenților induși în înfășurare în timpul pornirii să nu încetinească accelerația și, de asemenea, pentru a nu deteriora înfășurările din cauza EMF indusă în aceasta.

Vizualizări

Există o mulțime de tipuri de astfel de mașini, proiectarea unui motor electric sincron cu curent alternativ cu înfășurări de câmp, ca fiind cea mai comună în producție, a fost descrisă mai sus. Există și alte tipuri, cum ar fi:

• Motoare sincrone cu magnet permanent. Acestea sunt diverse motoare electrice, cum ar fi PMSM - motor sincron cu magnet permanent, BLDC - Curent continuu fără perii și altele. Diferențele dintre ele sunt în metoda de control și forma curentului (sinusoidal sau trapezoidal). Se mai numesc și motoare fără perii sau fără perii. Folosit la mașini-unelte, modele radiocontrolate, scule electrice etc. Ele nu funcționează direct din curent continuu, ci printr-un convertor special.
• Motoarele pas cu pas sunt motoare sincrone fără perii, în care rotorul ține cu precizie o anumită poziție, sunt folosite pentru poziționare instrument de lucru în mașinile CNC și pentru controlul diferitelor elemente ale sistemelor automate (de exemplu, poziția clapetei de accelerație în mașină). Ele constau dintr-un stator, în acest caz, înfășurările de câmp sunt amplasate pe acesta și un rotor, care este realizat dintr-un material magnetic moale sau dur. Din punct de vedere structural, ele sunt foarte asemănătoare cu tipurile anterioare.
• Reactiv.
• Histerezis.
• Histerezis reactiv.

Ultimele trei tipuri de LED-uri, de asemenea, nu au perii, funcționează datorită designului special al rotorului. SM-urile reactive au trei modele: un rotor laminat încrucișat, un rotor cu poli pronunțați și un rotor laminat axial. Explicația principiului muncii lor este destul de complicată și va dura mult, așa că o vom omite. În practică, este posibil să vedeți rar astfel de motoare electrice. Acestea sunt în principal mașini de putere redusă utilizate în automatizări.

Scopul aplicatiei

Motoarele sincrone sunt mai scumpe decât motoarele asincrone și necesită, de asemenea, o sursă suplimentară excitație în curent continuu - aceasta reduce parțial lățimea câmpului de aplicare a acestui tip de electricitate masini. Cu toate acestea, motoarele electrice sincrone sunt folosite pentru a antrena mecanisme în care sunt posibile suprasarcini și este necesară menținerea precisă a vitezei stabile.

În plus, ele sunt cel mai adesea folosite în domeniul puterii mari - sute de kilowați și unități de megawați și, în același timp, pornirea și oprirea apar destul de rar, adică mașinile lucrează non-stop pentru o lungă perioadă de timp. timp. Această aplicație se datorează faptului că mașinile sincrone funcționează cu cosphi aproape de 1 și pot produce reactiv putere în rețea, în urma căreia factorul de putere al rețelei este îmbunătățit și consumul acesteia este redus, ceea ce este important pentru întreprinderilor.

Avantaje și dezavantaje

În termeni simpli, orice mașină electrică are avantajele și dezavantajele sale. Aspectele pozitive ale unui motor sincron sunt:

1. Funcționarea cu cosPhi = 1, datorită excitației în curent continuu, respectiv, nu consumă putere reactivă din rețea.
2. În timpul funcționării, cu supraexcitare, puterea reactivă este transferată în rețea, îmbunătățind factorul de putere al rețelei, căderea de tensiune și pierderile din aceasta, iar KM-ul generatoarelor din centralele electrice crește.
3. Cuplul maxim dezvoltat pe arborele SD este proporțional cu U, iar pentru IM - U² (dependență pătratică de tensiune). Aceasta înseamnă că LED-ul are o capacitate bună de încărcare și stabilitate de funcționare, care sunt păstrate în cazul unei căderi de tensiune în rețea.
4. Ca o consecință a tuturor acestora, viteza de rotație este stabilă în timpul supraîncărcărilor și scăderilor, în limitele capacității de suprasarcină, mai ales atunci când curentul de excitație este crescut.

Cu toate acestea, un dezavantaj semnificativ al unui motor sincron este că designul său este mai complicat decât cel al unui motor cu inducție cu un rotor în scurtcircuit; este nevoie de un excitator, fără de care nu poate funcționa. Toate acestea conduc la costuri mai mari în comparație cu mașinile asincrone și la complexități în întreținere și exploatare.

Poate că aici se termină avantajele și dezavantajele motoarelor electrice sincrone. În acest articol, am încercat să rezumăm informațiile generale despre motoarele sincrone. Dacă aveți ceva de adăugat la material - scrieți în comentarii.

Materiale conexe:

• Ce este rotorul și statorul
• Cum se transmite electricitatea pe distanțe fără fire
• Ce este un convertor de frecvență