Двигатель синхронный применение: Применение синхронных электродвигателей | Полезные статьи

Синхронный электродвигатель- устройство, работа и применение

Синхронный двигатель является электрической машиной, работающей в сети переменного тока. Синхронными электрические машины называются потому, что частота вращения вала ротора точно соответствует частоте магнитного поля, индуцируемого статором.

Как любая вращающаяся электрическая машина, синхронный двигатель состоит из ротора, в данном случае являющегося индуктором и статора, именуемого также якорем. На роторе (индукторе) выполнена обмотка возбуждения, которая питается напряжением постоянного тока через коллекторный механизм. На статоре намотана обмотка переменного тока, которая образует магнитное поле. Само же магнитное поле движеся по кругу, то есть. вращается При взаимодействии с полем индуктора создает вращающий электромагнитный момент на роторе.
Первоначально запуск двигателя осуществляется в асинхронном режиме, то есть, с короткозамкнутым ротором. В этом режиме машина, являющаяся по сути асинхронной, разгоняется до скорости, приближающейся к синхронной. Затем на обмотку индуктора подается постоянный ток (перед этим обмотка, естественно, размыкается) и осуществляется так называемый «вход в синхронизм».

Область применения синхронных двигателей обусловлена рядом их особенностей, а именно:

  • — стабильностью частоты вращения как при колебании напряжения в питающей электросети, так и при изменении величины механической нагрузки на валу;
  • — возможностью работы с очень высоким коэффициентом мощности — вплоть до единицы.

Первое качество делает синхронные двигатели незаменимыми в качестве приводных для прецизионных обрабатывающих станков. Также часто синхронные двигатели используются для привода мощных насосных, компрессорных и вентиляционных установок. Этим же свойством обусловлено их практически исключительное применение в качестве гидрогенераторов и турбогенераторов на электрических станциях.
Вторая особенность синхронных двигателей делает привлекательным его использование в качестве источника реактивной энергии, что позволяет гибко регулировать значение коэффициента мощности и уровня напряжения в сети. При правильном заключении договоров на электроснабжение можно получить экономию средств, имея повышенное значение косинуса-фи.
При работе синхронного двигателя с коэффициентом мощности, равном единице, двигатель потребляет из сети только активную мощность, за счет чего снижаются потери мощности в питающих линиях электропередачи. Это обусловлено тем, что потери в линиях пропорциональны полной электрической мощности, а величина последней в рассматриваемом случае снижается, что происходит за счет уменьшения реактивной составляющей вплоть до нуля.
Работающий на холостом ходу в режиме перевозбуждения синхронный двигатель представляет собой синхронный компенсатор.

То есть, генератор реактивной мощности, который способен обеспечивать потребность реактивной мощности узла потребления, к которому он подключен.

Мощный синхронный двигатель, оснащенный системами автоматической регулировки возбуждения с обратной связью по напряжению, а также форсирования тока возбуждения – это инструмент для регулирования и перераспределения потоков реактивной мощности и уровня напряжения в электрической сети.
Выбор синхронных двигателей при проектировании и в процессе реконструкции электросетей крупных потребителей обеспечивает повышение устойчивости работы энергосистемы, разгрузку линий электропередачи, улучшение качества электроэнергии, дает возможность минимизировать затраты на покупку электрической энергии.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Области применения синхронных двигателей, характеристики

Электродвигатели с ротором на постоянных магнитах являются наиболее вероятной моделью «вечного двигателя». Многие ученые работали и работают над этой темой, но совершенной конструкции «вечного двигателя», пока не создали. Синхронный двигатель является электрической машиной, работающей в сети переменного тока. Они называются так потому, что частота вращения вала ротора точно соответствует частоте магнитного поля, т. е. вращаются синхронно, индуцируемого статором. Если частота токов статора постоянна, то и ротор вращается со строго постоянной частотой вращения. Электродвигатели по принципу работы бывают синхронными и асинхронными, а по количеству фаз питающего напряжения подразделяются на одно- и трех фазные. Главным их отличием, в не зависимости от фаз является то, что скорость магнитодвижущей силы статора в синхронных двигателях равна скорости вращения ротора, а в асинхронных двигателях эти скорости не совпадают, ротор вращается медленнее магнитного поля статора и не достигает трёх тысяч оборотов в минуту.

К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:

– работу при высоком значении коэффициента мощности – вплоть до единицы;

– высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности;

– стабильность частоты вращения не зависит от изменения величины механических нагрузок на валу;

– сохранение нагрузочной способности даже при скачках и асимметрии напряжения в сети питания;

– неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу;

– экономичность.

Области применения синхронных электродвигателей в последнее время расширяются. При появлении преобразователей частоты синхронный двигатель стал использоваться в качестве привода автоматических систем, высокоскоростных приводах станков, металлообрабатывающих центров, роботостроении, погружных насосных агрегатах. Их стали применять также независимо от мощности в тех случаях, когда, требуется постоянство скорости вращения электропривода. В дальнейшем применение синхронных двигателей все больше должно расширяться, даже и для механизмов с регулируемой скоростью вращения и с равномерной нагрузкой.

Наибольшее применение синхронные машины нашли в энергетике, которые могут работать как генераторами, так и электродвигателями. В настоящее время основными источниками электроэнергии остаются синхронные генераторы на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях. В зависимости от типа привода синхронные генераторы делятся на турбогенераторы, гидрогенераторы и дизельные генераторы.

Особенность синхронных электродвигателей делает привлекательным его использование в качестве источника реактивной энергии, что позволяет гибко регулировать значение коэффициента мощности и уровня напряжения в сети. Сравнительные расчеты применения синхронных двигателей в качестве компенсирующих устройств показывают, что помимо наименьших капитальных затрат при строительстве в сравнении с другими видами компенсирующих устройств, например статический конденсатор, синхронные двигатели имеют более экономичные эксплуатационные показатели. Поэтому для улучшения «косинус фи» крупных электроустановок на электрических подстанциях устанавливают синхронные двигатели, работающие в режиме холостого хода с опережающим по фазе током. Их называют компенсаторами реактивной мощности.

Синхронные двигатели являются незаменимыми в качестве привода в различных механизмах горнорудной, металлургической, металлообрабатывающей промышленности и на строительстве. Синхронные электродвигатели являются самыми мощными, достигающих нескольких десятков мегаватт, и широко применяют для привода мощных воздуходувок доменной печи, угольных и цементных мельниц, компрессорных, насосных и вентиляционных установок, прецизионных обрабатывающих станках, подъёмно-транспортных машинах, конвейерах и прокатных станах, в высокопроизводительных гильотинных ножницах, где имеются большие ударные нагрузки на ротор электродвигателя.

Строгое постоянство частоты вращения обусловливает широкое применение синхронных микродвигателей мощностью от долей ватта до сотен ватт. Они имеют упрощенную конструкцию и применяют для привода автоматических регистрирующих и самопишущих приборов, магнитофонов, печатных машин полиграфии, в системах звука — и видеозаписи и так далее. Синхронный двигатель часто применяется, как микродвигатель в часах, фотоаппаратах и в точном приборостроении. 

Большая часть компьютерной техники имеет высокую продуктивность и оснащена синхронными шаговыми электродвигателями, независящими от их мизерных размеров. 

Использование синхронных двигателей малой мощности может значительно расширить область применения для привода глубинных насосных установок на нефтяных промыслах, на нефтегазоперерабатывающих заводах и нефтегазоперекачивающих станций магистральных трубопроводов.

В настоящее время в насосном оборудовании, а это скважинные, циркуляционные, повысительные, фекальные и другие насосы, в качестве привода которых, всё больше стали применять синхронные электродвигатели на постоянных магнитах.  

Для погружных синхронных электродвигателей с ротором на постоянных магнитах КПД на 13% выше асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. При этом синхронные электродвигатели с постоянными магнитами по сравнению с другими электродвигателями обладают лучшими показателями: мощность/объем, момент/инерция и другие.

Мировой опыт показывает, что повысить энергоэффективность погружных скважинных насосов и процесса подачи воды в современных системах водоснабжения позволяет применение синхронного электродвигателя. У европейского производителя фирмы Franklin Electric появились высокоэффективные системы с погружным электродвигателем на постоянных магнитах для привода скважинных насосов. Исследования компании «Franklin Electric» показывают, что система (насос-электродвигатель) с синхронным приводом до 11% эффективнее по сравнению с аналогичной системой, имеющей асинхронный привод. Данная система получила наивысший класс А по энергоэффективности в Европе.

ОАО «Завод Промбурвод» в свою очередь разработал конструкторскую документацию, провел эксплуатационные испытания на надёжность и поставил на производство синхронный электродвигатель на постоянных магнитах. Данный двигатель со скважинным насосом, системой управления и удаленного мониторинга вошли в состав высокоэффективной системы подачи воды.

Более подробную информацию о высокоэффективных системах подачи воды, её эффективности и применении можно ознакомиться в научно-практическом пособии «Рекомендации по применению высокоэффективного насосного оборудования для водозаборных скважин» по ссылке на материалы, которые содержат:

– номенклатуру;

– устройство погружных скважинных насосов;

– конструктивные особенности синхронных двигателей на постоянных магнитах;

– сравнительные испытания применяемых скважинных насосов с асинхронными и синхронными электродвигателями;

– экономическую эффективность;

– технико-экономическое обоснование замены применяемых электронасосных агрегатов с асинхронным приводом на высокоэффективные системы подачи воды;

– результаты апробации высокоэффективных систем подачи воды в условиях водозаборов Республики Беларусь. 

А. С. Козорез

Конструкция, работа, типы и применение

Электрическая машина — это общий термин, используемый для обозначения электромагнитного устройства, используемого для преобразования электрической энергии в механическую. Его можно использовать как генератор для выработки электрической энергии или как двигатель для выработки энергии механизма. Синхронный двигатель — это тип двигателя, который используется в промышленности из-за его постоянной скорости.

Электродвигатель

Электродвигатель — это машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Он состоит из статора (неподвижной части) и ротора (подвижной части). Когда подается электрическая энергия, ротор вращается, вырабатывая вращательную механическую энергию. Он работает полностью противоположно генератору.

Электрические двигатели можно разделить на двигатели переменного и постоянного тока. В то время как двигатели переменного тока далее классифицируются на асинхронные двигатели и синхронные двигатели.

Похожие сообщения:

  • Однофазный асинхронный двигатель – конструкция, работа, типы и применение
  • Трехфазный асинхронный двигатель – конструкция, работа, типы и применение

Содержание

Что такое синхронный двигатель?

Синхронный двигатель — это двигатель переменного тока, ротор которого вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле. Магнитное поле статора вращается со скоростью, которая зависит от частоты питания, известной как синхронная скорость. Отсюда и название синхронный двигатель. Ротор синхронного двигателя синхронизирован с частотой подаваемого тока.

Когда два синхронных генератора работают параллельно, и первичный двигатель одного генератора остановлен. Генератор все еще будет работать, получая питание от линии генератора. Генератор подает полученную мощность из сети на свои потери. Когда к нему подключена механическая нагрузка, машина будет работать с постоянной скоростью. Когда машина работает и работает так, как указано выше, она называется синхронным двигателем.

В отличие от асинхронного двигателя, синхронный двигатель не зависит от индуктивного тока ротора. Ротор имеет либо постоянные магниты, либо обмотки возбуждения, которые питаются от внешнего источника. В асинхронном двигателе обмотки статора генерируют вращающееся магнитное поле (RMF), которое также индуцирует ток в роторе. В синхронном двигателе статор генерирует только RMF. Магнитное поле ротора магнитно сцепляется с вращающимся RMF и вращается с той же скоростью, известной как синхронная скорость.

Нажмите на изображение, чтобы увеличить

Полезно знать: Синхронный двигатель — это такая же машина, как генератор переменного тока или синхронный генератор. Например, синхронный двигатель может работать как синхронный генератор (генератор переменного тока) без изменения номинала и конструкции. т. е.

  • Когда машина преобразует входную электрическую мощность в выходную механическую мощность, она называется синхронным двигателем.
  • Когда одна и та же машина преобразует входную механическую энергию в выходную электрическую, она называется синхронным генератором (альтернатором).

Синхронный двигатель конструктивно аналогичен генератору переменного тока. Он работает с постоянной скоростью, называемой синхронной скоростью, N S . Это зависит от частоты питания и количества полюсов ротора. Синхронная скорость определяется как

N S = 120 f ÷ p

Где

  • N S = синхронная скорость (об/мин)
  • f = Частота тока питания
  • p = количество полюсов

Количество полюсов зависит от конструкции двигателя и не может быть изменено во время работы. Следовательно, скорость синхронного двигателя зависит только от частоты сети.

Похожие сообщения:

  • Электрический трансформатор – конструкция, работа, типы и применение
  • Генератор или синхронный генератор: конструкция, работа, типы и применение

Конструкция синхронных двигателей

Конструкция синхронного двигателя аналогична генератору переменного тока или синхронному генератору. он отличается от асинхронного или асинхронного двигателя конструкцией ротора.

Синхронный двигатель состоит из двух основных частей

  • Статор
  • Ротор

Статор

Статор является неподвижной частью двигателя. Как и в асинхронном двигателе, сердечник статора изготовлен из тонких ламинированных листов стали или чугуна с хорошими магнитными свойствами для уменьшения гистерезиса и потерь на вихревые токи. Сердечник имеет осевые пазы для удержания трехфазной обмотки возбуждения переменного статора, называемой обмоткой якоря.

На обмотку якоря статора подается 3-фазное питание через его входную клемму. Он отвечает за генерацию вращающегося магнитного поля (RMF).

Ротор

Ротор является вращающейся частью синхронного двигателя. Он имеет цилиндрическую форму и содержит обмотку возбуждения. Он отвечает за генерацию магнитного поля или полюсов. Он питается от токосъемных колец и щеточного узла от источника постоянного тока. Обычно для возбуждения используется небольшой генератор постоянного тока, соединенный с его валом.

Related Posts

  • Уравнение крутящего момента асинхронного двигателя
  • Потери в асинхронном двигателе – силовые каскады асинхронного двигателя

Ротор синхронного двигателя может быть выполнен одним из следующих способов.

Ротор с выступающими полюсами

Термин «явновыпуклый» означает «направленный наружу». Явнополюсный ротор имеет выступающие или выступающие полюса по направлению к обмотке якоря. Сердечник ротора изготовлен из многослойного стального листа для уменьшения гистерезиса и вихревых токов. Обмотки возбуждения намотаны вокруг каждого полюса.

Явнополюсный ротор имеет большое количество полюсов. Он не подходит для работы на высоких скоростях из-за больших потерь на ветер (при высокой скорости). Используется в низко- и среднескоростных синхронных двигателях. Физически он имеет большой диаметр и небольшую осевую длину.

Токосъемные кольца и щеточный узел используются для обеспечения электрического соединения между неподвижной цепью и вращающейся частью машины. Он используется для питания обмотки возбуждения от источника постоянного тока.

Неявнополюсный или цилиндрический ротор

Этот тип ротора имеет ротор цилиндрической формы, изготовленный из многослойной стали. Сердечник имеет пазы для обмоток возбуждения, которые фиксируются с помощью клиньев от вытягивания. При этом непрорезанная часть сердечника становится магнитными полюсами.

Имеет меньшее количество полюсов, меньший диаметр и большую осевую длину. Это дороже, чем явнополюсный ротор. Однако конструкция ротора способствует равномерному распределению потока, механической прочности, надежности и т. д. Поэтому такие синхронные двигатели используются для высоких скоростей.

Ротор с постоянными магнитами

В современных синхронных двигателях используется ротор с постоянными магнитами, на поверхности которого установлены постоянные магниты. Обмоток возбуждения нет. Эти магниты создают необходимое поле без источника возбуждения. Постоянный магнит изготовлен из неодима, бора и железа, поскольку они легко доступны и экономичны. Такой ротор не имеет токосъемного кольца или щеточного узла.

Недостатком ротора с постоянными магнитами является то, что двигатель не запускается самостоятельно из-за инерции ротора, он не может следовать быстро вращающемуся RMF сразу при запуске. Поэтому для его работы необходим VFD (преобразователь частоты).

Похожие сообщения:

  • Почему мощность двигателя указывается в кВт, а не в кВА?
  • Что такое КПД двигателя и как его повысить?

Принцип работы синхронного двигателя

Синхронный двигатель работает по принципу магнитной блокировки между RMF статора (вращающееся магнитное поле) и магнитным полем ротора. Как известно, противоположные полюса притягиваются друг к другу, поэтому полюса RMF притягивают противоположные полюса ротора, создавая вращательное движение.

Синхронный двигатель представляет собой машину с двойным возбуждением, т. е. для достижения синхронизма требуется питание переменным и постоянным током как для статора, так и для ротора. Трехфазный переменный ток подается на обмотки статора для создания RMF. Статор рассчитан на то же количество полюсов, что и ротор. Эти полюса вращаются со скоростью, синхронизированной с входной частотой f, которая называется синхронной скоростью. Он определяется как

N S = 120 f / p

Питание постоянным током подается на обмотки ротора для создания постоянного магнитного поля. Поскольку источник постоянного тока обеспечивает постоянный ток, магнитное поле ротора не меняется. Магнитные полюса генерируются на противоположных концах ротора. Полюса ротора взаимодействуют с ЭДС статора и вращаются с той же скоростью, с которой он достигает синхронной скорости.

Если ротор вращается с той же скоростью, что и RMF статора, момент нагрузки отсутствует. Полюса ротора и статора совпадают друг с другом. Если приложена механическая нагрузка, ротор начинает колебаться вокруг своего нового положения равновесия, это явление известно как « охота за ». Ротор отстает на несколько градусов от RMF статора и начинает развивать крутящий момент. По мере увеличения нагрузки угол между ними увеличивается до тех пор, пока поле ротора не отстанет от RMF на 90°. В этот момент двигатель обеспечивает максимально доступный крутящий момент, называемый пробивной момент . Если нагрузка превышает этот предел, двигатель глохнет.

Похожие сообщения:

  • Эквивалентная схема асинхронного двигателя
  • Характеристики момента-скольжения и момента-скорости асинхронного двигателя

Характеристики синхронного двигателя

  • Синхронный двигатель по своей природе не является самозапускающимся. Ротор необходимо любыми средствами довести до синхронной скорости, чтобы синхронизироваться с частотой сети.
  • Скорость зависит только от частоты входного питания. ЧРП используется для управления скоростью синхронного двигателя.
  • Скорость не зависит от нагрузки. Поэтому на синхронный двигатель не влияют никакие изменения нагрузки.
  • Увеличение нагрузки увеличивает крутящий момент. Синхронный двигатель остановится, если крутящий момент превысит предельный крутящий момент.
  • Синхронный двигатель либо работает с синхронной скоростью, либо не работает вообще.
  • Синхронный двигатель может работать как с опережающим, так и с отстающим коэффициентом мощности. Поэтому они используются для улучшения коэффициента мощности в промышленности.

Методы пуска синхронных двигателей

Синхронный двигатель по своей природе не является самозапускающимся из-за инерции ротора. При подаче питания статор RMF мгновенно начинает вращаться с синхронной скоростью. Однако ротор не успевает. Для обеспечения необходимой скорости вращения ротора для синхронизации используются следующие способы.

Демпферная обмотка

Демпферная обмотка используется в явнополюсном роторе. Это короткозамкнутая обмотка, как в асинхронном двигателе. RMF индуцирует ток в этой обмотке и создает собственное магнитное поле, которое взаимодействует с RMF и создает необходимый пусковой момент. Когда ротор достигает скорости, близкой к синхронной, возбуждение постоянного тока подается на обмотку возбуждения ротора, и двигатель синхронизируется.

В этом методе двигатель первоначально запускается как асинхронный с использованием демпфирующей обмотки. Эта обмотка также помогает гасить колебания из-за резких изменений нагрузки.

Метод пони-двигателя

Пони-двигатель — это небольшой асинхронный двигатель или шунтирующий двигатель постоянного тока, соединенный с валом синхронного двигателя. Это помогает в обеспечении необходимого пускового момента. Возбуждение постоянным током не применяется до тех пор, пока ротор не достигнет скорости, близкой к синхронной скорости. Ротор магнитно блокируется с помощью RMF, и подача питания на пони-мотор отключается.

Метод переменной частоты

ЧРП или частотно-регулируемый привод — это устройство, которое обеспечивает питание с регулируемой частотой. Как известно, синхронная скорость зависит от частоты питания. Изначально частота установлена ​​на минимум, чтобы уменьшить синхронную скорость. Скорость постепенно увеличивается до желаемого значения или нормальной скорости.

Related Posts:

  • Типы электродвигателей – Классификация двигателей переменного, постоянного тока и специальных двигателей
  • Применение электродвигателей

Типы синхронных двигателей

Синхронные двигатели в основном подразделяются на две категории в зависимости от намагниченности ротора.

Двигатель постоянного тока с возбуждением

В таком синхронном двигателе источник постоянного тока используется для возбуждения его ротора через контактное кольцо. Ротор включает в себя обмотку возбуждения, которая намагничена для создания постоянного магнитного поля, взаимодействующего со статором RMF.

Двигатель без возбуждения

Ротор такого синхронного двигателя не требует внешнего возбуждения для создания магнитного поля. Вместо этого он сделан из материала, который генерирует собственное поле, например, в постоянном магните или с помощью поля статора. Кобальтовая сталь обычно используется из-за ее высокой сохраняемости (материал, сохраняющий магнитные свойства).

Электродвигатели без возбуждения могут быть дополнительно классифицированы по типам

  • Синхронные электродвигатели с постоянными магнитами
  • Синхронный двигатель с гистерезисом
  • Реактивный синхронный двигатель

Синхронный двигатель с постоянными магнитами

Как следует из названия, ротор состоит из постоянного магнита, который создает постоянное магнитное поле. Обмоток, контактных колец и щеток нет. Поле ротора замыкается на RMF статора и вращается с синхронной скоростью. Так как они не самозапускающиеся и в роторе нет обмоток, требуется ЧРП для обеспечения плавного увеличения пусковой скорости.

Синхронный двигатель с гистерезисом

Ротор такого синхронного двигателя изготовлен из материала с высокими потерями на гистерезис, такого как хром и кобальтовая сталь. Это самозапускающийся однофазный двигатель, работающий на синхронной скорости. Он имеет две обмотки статора, то есть «основную обмотку» и «вспомогательную обмотку», для создания RMF статора. Цилиндрический ротор начинает вращаться за счет наведенного вихревого тока, таким образом, он запускается подобно асинхронному двигателю. Как только он достигает скорости, близкой к синхронной, RMF статора блокирует ротор в синхронизме.

Реактивный синхронный двигатель

Такой синхронный двигатель работает по принципу реактивного сопротивления. Под влиянием магнитного поля ферромагнитный материал будет двигаться, замыкая магнитную цепь там, где сопротивление минимально. Линии магнитного поля следуют по пути с низким сопротивлением, точно так же, как ток следует по пути с низким сопротивлением.

Таким образом, ротор с короткозамкнутым ротором используется с некоторыми удаленными зубьями, чтобы сформировать выступающий полюс, а также путь с меньшим сопротивлением. Статор подобен гистерезисному двигателю, имеющему основную и вспомогательную обмотки для создания RMF. При запуске ротор пытается выровняться с RMF и начинает вращаться в его направлении. Но из-за инерции ротора RMF проходит положение выравнивания и повторяет попытку во время следующего оборота. Таким образом, скорость постепенно увеличивается и в конечном итоге достигает синхронной скорости и магнитно блокируется с RMF.

Related Posts:

  • Уравнение мощности, напряжения и ЭДС двигателя постоянного тока
  • Формулы и уравнения в области электротехники и электроники

Преимущества и Недостатки Синхронного двигателя

Преимущества

Вот некоторые преимущества синхронного двигателя при любом изменении нагрузки.

  • Может работать с отстающим, единичным и опережающим коэффициентом мощности за счет увеличения возбуждения поля. Таким образом, это делает его полезным для улучшения коэффициента мощности.
  • Он имеет относительно более высокий КПД выше 90% по сравнению с асинхронным двигателем.
  • Они более экономичны при более низкой скорости, чем асинхронный двигатель.
  • Недостатки

    Вот некоторые недостатки синхронного двигателя

    • Синхронные двигатели по своей природе не запускаются самостоятельно и требуют других средств для обеспечения почти синхронной пусковой скорости.
    • Он останавливается, если нагрузка превышает допустимый предел.
    • Требуется внешний источник постоянного тока для возбуждения поля ротора
    • Его скорость не может быть изменена, если преобразователь частоты VFD не используется для очень его частоты питания.
    • В синхронном двигателе происходит колебание при внезапном приложении нагрузки.
    • Требует частого обслуживания из-за токосъемных колец и щеток.
    • Синхронные двигатели, как правило, сложнее и дороже, чем асинхронные двигатели.

    Применение синхронного двигателя

    Вот несколько вариантов применения синхронного двигателя.

    Применение с постоянной скоростью: Они обычно используются в приложениях с постоянной скоростью, когда скорость не изменяется при увеличении нагрузки. Тем не менее, VFD можно использовать для регулировки скорости в соответствии с требованиями.

    Коррекция коэффициента мощности: Путем изменения возбуждения синхронного двигателя можно изменять коэффициент мощности электрической цепи. Такой синхронный двигатель, который специально используется для улучшения коэффициента мощности, называется синхронным конденсатором.

    Преобразователь частоты: Синхронный двигатель используется для питания генератора переменного тока или синхронного генератора с другой частотой. Такой синхронный двигатель известен как преобразователь частоты.

    Регулирование напряжения: Синхронный двигатель может действовать как переменный конденсатор или индуктор, изменяя его возбуждение. Он используется для регулирования напряжения путем управления реактивной мощностью в длинной линии электропередачи.

    Очень низкоскоростные приложения: Синхронный двигатель с очень низкой частотой может использоваться для очень низкоскоростных приложений с высоким КПД.

    Позиционирование: Благодаря постоянной скорости они используются для точного позиционирования в робототехнике, как и серводвигатели.

    Общие области применения: Синхронные двигатели широко используются там, где требуется постоянная скорость. Кроме того, такие двигатели используются в дробилках, пульподробилках, камнедробилках, шаровых мельницах, сталелитейных заводах, металлопрокатных заводах, цементных заводах, резиновых и текстильных заводах, центробежных насосах, воздушных компрессорах, вентиляторах, воздуходувках, линейных валах, токарных станках. столы, таймеры, часы, соковыжималки, магнитофоны и проигрыватели, смесители, сигнализаторы, фонографы, указатели, регулирующие и управляющие устройства.

    Related Posts:

    • Пускатель двигателя – типы пускателей и методы пуска двигателя
    • Пускатель прямого действия — схема подключения пускателя DOL для двигателей
    • Расчет размера кабеля для двигателей LT и HT
    • Управление скоростью двигателя постоянного тока – методы управления напряжением, реостатным потоком и потоком
    • Машина постоянного тока – конструкция, работа, типы и применение
    • Серводвигатель

    • – типы, конструкция, работа, управление и применение
    • Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) – конструкция, принцип работы и применение
    • Шаговый двигатель

    • — типы, конструкция, работа и применение
    • Асинхронный двигатель и линейные асинхронные двигатели Формулы и уравнения
    • Что такое мотор-генератор и как он работает?
    • Как запустить трехфазный асинхронный двигатель от однофазного источника питания?
    • Символы электродвигателей

    Принцип работы синхронного двигателя.

    Конструкция и применение синхронного двигателя

    Содержание

    Принцип работы синхронного двигателя

    Если обмотки статора активированы, внутри статора возникнет вращающееся магнитное поле. Если мы представим это поле как вращающуюся пару полюсов, ненагруженный ротор будет выровнен с полем статора и будет вращаться синхронно с полем. Силы между изображенными полюсами являются радиальными и не создают крутящего момента. Если ротор был нагружен тормозной силой, он немного замедлится по отношению к полю вращения. В конце концов, ось ротора больше не будет совпадать с осью статора, а силы, возникающие между полюсами, будут создавать механический крутящий момент, противоположный тормозному крутящему моменту. Любые изменения нагрузки не приведут к изменению скорости вращения ротора (как это происходит с асинхронным двигателем).

    Ротор, как на холостом ходу (без нагрузки), так и под нагрузкой, будет вращаться со скоростью, равной скорости вращения магнитного поля (синхронная скорость). Но если крутящий момент нагрузки превышает максимальный электромагнитный крутящий момент для двигателя (если угол между осями ротора и статора превышает 90 градусов), то машина потеряет синхронизацию и остановится на период времени.

    Запуск синхронного двигателя

    Одним из недостатков синхронного двигателя является тот факт, что он не может запуститься самостоятельно, если обмотки статора запитаны от сети. Когда напряжение подается на статор, создается вращающая сила, которая вызывает переменный крутящий момент, действующий на ротор двигателя. Ротор не может начать свою работу из-за инерции, создаваемой ротором, так как частота колебаний крутящего момента слишком высока.

    Среднее значение пускового момента ротора синхронного двигателя ротора будет равно нулю.

    Рис. 1: Среднее значение пускового момента

    Существует множество способов решения этой проблемы. Один из них заключается в использовании дополнительной машины для увеличения скорости вращения ротора, входящего в состав синхронного двигателя. Работа такой машины может выполняться дополнительным асинхронным двигателем, а также двигателем постоянного тока, однако этот метод вряд ли будет использоваться в реальном мире. Другой способ запуска асинхронного двигателя — использовать тот же метод, что и для асинхронных двигателей. На полюсах ротора установлена ​​клетка, которая обычно состоит из медных стержней, аналогичная клетке ротора синхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Синхронный двигатель начинается как асинхронный двигатель и в конечном итоге достигает скорости, близкой к синхронной. Когда он достигает этой скорости, цепь возбуждения заряжается постоянным током, что позволяет двигателю войти в режим синхронизации, поскольку он продолжает работать на синхронизированной скорости.

    В настоящее время считается, что лучшим вариантом для пуска синхронных двигателей является использование электронных преобразователей частоты (инверторов), которые позволяют постоянно увеличивать напряжение питания обмотки статора, что обеспечивает постепенное ускорение вращения. Для двигателей с постоянными магнитами это единственный вариант.

    Конструкция синхронного двигателя

    Аналогичен асинхронному двигателю Этот двигатель обычно имеет переменную обмотку статора, создающую круговое вращательное поле. Есть некоторые отличия в их роторах. В более старых конструкциях синхронных двигателей предполагается, что ротор намотан на внутренний сердечник. Он питается от щеток и контактных колец от источника постоянного или переменного тока. Роторы могут быть изготовлены двумя способами: цилиндрические роторы (со скрытыми полюсами) или роторы с открытыми полюсами.

    Рис. 2: Четырехполюсное открытое рабочее колесо

    Каждый полюс имеет собственную обмотку вокруг сердечника полюса. Путем формирования полюсов создается соответствующее распределение индукции по окружности ротора.

    Роторы с открытыми полюсами обычно используются в мощных машинах из-за их конструкции (значительно меньшая механическая прочность перед лицом гравитационных сил). Они используются в машинах, которые не имеют высоких скоростей. Наиболее популярными вариантами использования этого типа машин являются генераторы и двигатели, работающие от гидротурбин (гидрогенераторы).

    Обмотка возбуждения в цилиндрическом вращающемся роторе вставляется в пазы, выфрезерованные в корпусе из стали, и закрепляется от протягивания через пазы клиньями. Обмотка — это лишь малая часть цепи ротора (около 1/3 ее части).

    Эти роторы стоят дороже, чем роторы с открытым концом, однако благодаря своей превосходной механической прочности они используются в машинах с более высокими скоростями вращения. Эта модель используется, например, в высокоскоростных генераторах (турбогенераторах), которые обычно достигают скорости 3000 об/мин. Они приводятся в действие водяными или паровыми турбинами.

    Рис. 3: Двухполюсный цилиндрический ротор (со скрытыми полюсами)

    Однако в последнее время все чаще используются устройства, использующие магнитоэлектрическое возбуждение, в которых ротор оснащен постоянными магнитами вместо обмоток.

    Магниты специальной конструкции, изготовленные из соответствующих металлических сплавов, устанавливаются на вращающийся элемент. Из-за этого крутящий момент довольно высок. может быть достигнуто при меньшем моменте инерции вращающегося ротора.

    Рис. 4. Четырехполюсный ротор с радиально соединенными магнитами

    Возбуждение синхронного двигателя

    Возбуждение ротора

    Установка обмотки в роторе для создания неизменного магнитного поля, заставляющего вращаться ротор, требует подачи тока возбуждения на вращающийся. В статоре, наоборот, расположена обмотка переменного тока. Это создает электрическое поле, которое вращает и «тянет» ротор в заданном направлении. Конечно, ротор должен быть сконструирован таким образом, чтобы количество создаваемых магнитных полюсов было равно количеству магнитных полюсов, создаваемых статором.

    Ток возбуждения исходит из другого источника, обычно из определенной цепи, которая потребляет энергию непосредственно от выпрямителя или через генератор постоянного тока, известный как возбудитель. Возбудитель может включать, например, генератор, размещенный на общем валу вместе с возбудителем. Он соединен с ротором двигателя. Количество энергии, необходимое для стимуляции синхронного двигателя, обычно не превышает одного процента от рекомендуемой мощности двигателя. В меньших синхронных двигателях обычно встречаются конструкции, в которых обмотка возбуждения расположена в статоре, таким образом, дополнительная цепь возбуждения представляет собой магнето, а ротор — якорь.

    Во многих новых синхронных двигателях для упрощения их конструкции постоянные магниты, также называемые постоянными магнитами, размещаются на роторе, а не на обмотке, которая требует подачи постоянного тока. Чаще всего это неодимовые магниты. Эти магниты размещаются (приклеиваются) к внешней стороне двигателя. Эта конструкция гарантирует, что ротор имеет высокий процент вращающего момента, который может быть достигнут, и минимальное значение этого момента инерции вращающегося ротора. Двигатели с такой конструкцией называются PMSM (Permanent Magnetic Synchronous Motor), то есть синхронными двигателями с постоянными магнитами.

    Другим типом синхронных двигателей являются реактивные двигатели. Они имеют разомкнутые полюса, но, в отличие от СДПМ, их роторы не имеют проводов возбуждения. Для перемещения ротора они используют свой момент сопротивления, возникающий при отсутствии возбуждения. Он генерируется приложением электрического поля к магнитно-асимметричному ротору, состоящему из ферромагнитного материала. Ротор, на который действует момент сопротивления, «пытается найти» такое оптимальное положение по отношению к статору, при котором сопротивление минимально.

    В области индустриализации часто встречаются двигатели, называемые гистерезисными, в которых используется принцип магнитного гистерезиса. Роторы этих двигателей полностью состоят из материалов с большой петлей гистерезиса. Крутящий момент двигателей определяется размером ротора, а также потерями в блоке гистерезиса. Двигатели с гистерезисом обеспечивают бесшумную работу, высокий начальный крутящий момент даже при малых токах и плавную синхронизацию. Но они становятся менее популярными из-за своей неэффективности.

    Пуск синхронного двигателя

    Наиболее существенным недостатком синхронных двигателей является отсутствие у них пускового момента. Это связано с тем, что напряжение, которое прикладывается к двигателю, создает электромагнитное поле, которое вращается и создает колебательный крутящий момент. Это связано с тем, что напряжение, которое прикладывается к статору, создает электромагнитное поле, которое вращается, создавая переменный крутящий момент, который заставляет ротор «тянуться» в одну сторону, прежде чем двигаться в противоположную. Из-за частоты этого изменения крутящего момента ротор не может двигаться, и средний крутящий момент равен нулю.

    Есть много решений этой проблемы. Самым простым решением является использование другого пускового двигателя, однако в промышленных условиях этот вариант нецелесообразен. На самом деле метод, используемый в асинхронных двигателях, используется для запуска синхронного двигателя. Вторая клетка стартера, состоящая из медных стержней, аналогичная клеткам, которые используются в короткозамкнутых роторах асинхронных двигателей, помещается внутри полюсов ротора. Синхронный двигатель запускается как асинхронный двигатель и, когда он находится на скорости, близкой к синхронной скорости, активируется. Включен источник питания постоянного тока для цепи, управляющей им. Из-за этого ротор синхронизируется с вращающимся магнитным полем (входит в синхронизацию), которое продолжает двигаться синхронно.

    Второй и наиболее часто используемый в системах автоматизации способ пуска синхронного двигателя можно описать как частотный пуск. При этом применяются преобразователи частоты (инверторы), позволяющие постепенно увеличивать частоту питающего напряжения в обмотках статора. Это позволяет постепенное и систематическое ускорение вращения. В случае двигателей PMSM с постоянными магнитами это единственный метод, который работает в промышленных условиях.

    Другой, несколько более старый метод управления частотой заключается в использовании синхронных генераторов, питающих обмотки якоря запускаемого двигателя. Скорость вращения, а, следовательно, и генератора постепенно увеличивают от нулевой до синхронной скорости, что позволяет запустить двигатель аналогично работе инвертора.

    Защита синхронных двигателей

    Электрические асинхронные и синхронные машины большой мощности обычно защищены от долговременной (тепловой) перегрузки, а также от максимальной (мгновенной) перегрузки и других колебаний напряжения питания, которые могут повредить их систему привода или их самих. Необходимые защиты, а также диапазоны настройки параметров отключения должны быть указаны на странице «Рабочие данные машины», прилагаемой к документам, поставляемым изготовителем вместе с машиной. Защита должна охватывать машину от:

    • Перегрузки по току и превышение допустимой рабочей температуры,
    • Автоматический запуск после временного отключения питания и восстановление питания после обрыва фазы,
    • Снижение сопротивления системы изоляции обмоток ниже предельного значения.

    Из вышеизложенного видно, что существует множество требований к защите электрических устройств. Они не всегда эффективны в рабочих ситуациях, так как недостаточно внимания уделяется диагностике, обслуживанию и проверке правильности работы системы защиты.

    Эта защита не может работать, если контакты реле в системе защиты загрязняются или окисляются, а когда они это делают из-за короткого замыкания, они не могут подать сигнал на отключение выключателя. На одном сталелитейном заводе один из них, двигатель постоянного тока прокатного стана мощностью 1 МВт и частотой вращения 1000 об/мин, вышел из строя и вышли из строя все секции коллектора. До поломки мотор эксплуатировался 10 лет. Двигатель был защищен тремя действующими предохранителями.

    • при частоте вращения 1,2 Нмакс,
    • при 2,5IN и токе якоря 2,5IN и
    • при потере тока возбуждения.

    Двигатель вышел из строя из-за аварийного отключения тока возбуждения. Если бы сработала одна из перечисленных защит, то этот двигатель остановился бы. Существует также задокументированный случай совершенно нового печного трансформатора мощностью 40 МВА 110 кВ/(514 304) В, который был полностью разрушен всего за три месяца использования. Причиной отказа стало включение выключателей обмотки управления, создавшее внутреннее замыкание на обмотку. Реле, предназначенное для прекращения срабатывания этого выключателя, включенного при данной ситуации в цепи трансформатора, имело контакты, загрязненные шамотной пылью, обнаруженной на линии разливки непрерывной стали. Реле блокировки работало, однако не могло выполнять свою работу. Что касается системы привода, электрические машины работают в установившемся режиме и в электромеханических переходных процессах. Характерными переходными процессами являются синхронный пуск двигателей переменного тока. Каждый электродвигатель спроектирован так, чтобы конструктивно справляться с переходными процессами в электромагнитной энергии, возникающими в начале работы. В условиях установившегося режима работы возможны перепады напряжения в сети, т.е. вызванные молнией, вызывают срабатывание AVR или APV. АПВ и АВР. Эти сбои чрезвычайно опасны из-за того, что время потери питания составляет около одной секунды. Выключение и повторное включение напряжения создает электромагнитно-нестабильные условия в двигателях, что гораздо опаснее, чем начало процесса.

    Применение синхронных двигателей

    Синхронные двигатели с сервоприводом в основном предназначены для спринтеров, предназначенных для конкретных работ. Низкий момент инерции обеспечивает высочайший уровень динамики и эффективного управления. Эти параметры позволяют использовать синхронные двигатели в качестве манипуляторов и рабочих органов машин, которые обычно являются многоосевыми машинами.

    Транспортные средства для отдыха и спорта – это транспортные средства, в которых масса всего транспортного средства является важным фактором. Двигатели PMSM имеют гораздо меньшую массу по сравнению с двигателями постоянного тока и асинхронными двигателями, которые имеют аналогичные тяговые характеристики, что делает их идеальными для использования в этих типах транспортных средств. Автомобили для отдыха и спорта с электроприводом становятся все более популярными и находят все большее применение благодаря своим преимуществам.