Достоинства и недостатки синхронных электродвигателей

Синхронные двигатели получили широкое распространение в промышленности для электроприводов, работающих с постоянной скоростью.Можно встретить синхронные электродвигатели также в качестве привода насосов большой мощности длительного режима работы. В последнее время, вследствие появления преобразовательной полупроводниковой техники, разрабатываются регулируемые синхронные электроприводы (с частотными преобразователями), уже существуют сервоприводы с синхронными электродвигателями. Все это существенно расширяет сферу применения синхронных электродвигателей в наше время. Ну и кроме этого, очень распространены маломощные синхронные двигатели, которые используются в различной бытовой технике, часах и других приборах.

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося переменного магнитного поля якоря и постоянных магнитных полей полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях. как в тех, что ставят в
универсальные соковыжималки  в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт), в маломощных — постоянные магниты. Именно конструкция ротора и определяет наиболее существенное отличие синхронных электродвигателей от асинхронных.

Двигатель требует разгона до номинальной скорости вращения, прежде чем сможет работать самостоятельно. При такой скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора — это называется «вошёл в синхронизм».
Для разгона обычно используется асинхронный режим, когда обмотки индуктора замыкаются через реостат или накоротко. После выхода на номинальную скорость индуктор запитывают постоянным током от выпрямителя. 
В двигателях с постоянными магнитами применяется внешний разгонный двигатель (обычно асинхронный). Для асинхронного двигателя применяется устройство плавного пуска. 
Существуют комбинированные варианты, в которых на роторе, вместе с постоянными или электромагнитами, установлены короткозамкнутые обмотки. Иногда на валу ставят небольшой генератор постоянного тока, который питает электромагниты. 

Также используется частотный пуск, когда частоту тока якоря постепенно увеличивают от очень малых до номинальных величин. Возможен и обратный вариант, когда частоту индуктора понижают от номинальной до 0, т.е. до постоянного тока.Достоинства синхронных электродвигателей
Синхронный двигатель несколько сложнее, чем асинхронный, но обладает рядом преимуществ, что позволяет применять его в ряде случаев вместо асинхронного.
1. Основным достоинством синхронного электродвигателя является возможность получения оптимального режима по реактивной энергии, который осуществляется путем автоматического регулирования тока возбуждения двигателя. Синхронный двигатель может работать, не потребляя и не отдавая реактивной энергии в сеть, при коэффициенте мощности (cos фи) равным единице. В этих условиях работающий синхронный двигатель нагружает сеть только активным током. По этой причине обмотка статора синхронного двигателя рассчитывается на один активный ток (у асинхронного двигателя эта обмотка рассчитывается на активный и реактивный токи). По этой причине при одинаковой номинальной мощности габариты синхронного двигателя меньше, а его к.п.д. выше, чем асинхронного.
Если же для предприятия необходима выработка реактивной энергии, то синхронный электродвигатель, работая с перевозбуждением, может отдавать ее в сеть. Если ток возбуждения синхронного двигателя существенно меньше номинального, то магнитный поток ротора индуктирует в обмотке статора э.д.с., меньшую, чем напряжение сети – это условие, когда двигатель недовозбужден. Помимо активного тока, он нагружает сеть реактивным током, отстающим по фазе от напряжения на четверть периода, как намагничивающий ток асинхронного электродвигателя. Но если постоянный ток возбуждения больше номинального, то э.д.с. больше напряжения сети – двигатель перевозбужден. Он нагружает сеть, кроме активного тока, реактивным током, опережающим по фазе напряжение сети, совершенно также как емкостной ток конденсатора. Следовательно, перевозбужденный синхронный двигатель может подобно емкости улучшать общий cos? промышленного предприятия, снижаемый индуктивными токами асинхронных двигателей.  
2. Синхронные электродвигатели менее чувствительны к колебаниям напряжения сети, чем асинхронные электродвигатели. Их максимальный момент пропорционален напряжению сети, в то время как критический момент асинхронного электродвигателя пропорционален квадрату напряжения. 
3. Синхронные электродвигатели имеют высокую перегрузочную способность. Кроме того, перегрузочная способность синхронного двигателя может быть автоматически увеличена за счет повышения тока возбуждения, например, при резком кратковременном повышении нагрузки на валу двигателя. 
4. Скорость вращения синхронного двигателя остается неизменной при любой нагрузке на валу в пределах его перегрузочной способности.

Теги:достоинство|недостаток|двигатель|ротор

 

Достоинства и недостатки синхронных двигателей — Студопедия

Поделись  

Пуск синхронного двигателя

Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента. Если его подключить к сети переменного тока, когда ротор неподвижен, а по обмотке возбуждения проходит постоянный ток, то за один период изменения тока электромагнитный момент будет дважды изменять свое направление, т. е. средний момент за период равняется нулю. При этих условиях двигатель не сможет прийти во вращение, так как его ротор, обладающий определенной инерцией, не может быть в течение одного полупериода разогнан до синхронной частоты вращения.

Следовательно, для пуска синхронного двигателя необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронный.

В настоящее время чаще всего применяют следующие способы пуска:

1. Асинхронный пуск.

При этом способе синхронный двигатель пускают как асинхронный, для чего его снабжают специальной короткозамкнутой пусковой обмоткой, выполненной по типу «беличья клетка». Чтобы увеличить сопротивление стержней, клетку изготавливают из латуни. После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной, на обмотку возбуждения подается напряжение и постоянный ток, проходящий по ней, создает синхронизирующий момент, который втягивает ротор в синхронизм.

2. Пуск при помощи вспомогательного двигателя.

Ротор возбужденного двигателя приводится во вращение до синхронной скорости и с помощью синхронизирующего устройства подключается к сети. После этого вспомогательный двигатель отключают.

В качестве пускового двигателя обычно используют асинхронный двигатель с числом полюсов на два меньше, чем у синхронного.

Недостатком данного способа является невозможность пуска двигателя под нагрузкой, так как нерационально иметь пусковой двигатель большой мощности.

3. Частотный пуск.

При частотном пуске синхронного двигателя частота питающего напряжения плавно изменяется от нуля до номинальной. При этом ротор вращается синхронно с магнитным полем статора.

Недостатками частотного пуска являются высокая стоимость преобразователя частоты, а также необходимость реализации сложных законов регулирования исходного напряжения и частоты в процессе разгона двигателя. Частотный пуск синхронных двигателей применяется в приводах специальных установок.

Синхронные двигатели имеют следующие достоинства:

1. Возможность работы при cos φ=1; это приводит к улучшению cos φ сети, а также к сокращению размеров двигателя, так как его ток меньше тока асинхронного двигателя той же мощности. При работе с опережающим током синхронные двигатели служат генераторами реактивной мощности, поступающей в асинхронные двигатели, что снижает потребление этой мощности от генераторов электростанций.

2. Меньшую чувствительность к колебаниям напряжения, так как их максимальный момент пропорционален напряжению в первой степени, а не квадрату напряжения.

3. Строгое постоянство частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.

Недостатки синхронных двигателей:

1. Сложность конструкции.

2. Сравнительная сложность пуска в ход.

3. Трудности с регулированием частоты вращения, которое возможно только путем изменения частоты питающего напряжения.

Указанные недостатки синхронных двигателей делают их менее выгодными, чем асинхронные двигатели, при ограниченных мощностях до 100кВт.

Однако при более высоких мощностях, когда особенно важно иметь высокий cos φ и уменьшенные габаритные размеры машины, синхронные двигатели предпочтительнее асинхронных.



Преимущества и недостатки синхронного двигателя с постоянными магнитами

 Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) представляет собой устройство, в котором используются постоянные магниты, встроенные в стальной ротор, для создания постоянного магнитного поля. Этот тип двигателя является одним из лучших вариантов для полного спектра приложений управления движением. Итак, в этой статье представлены преимущества и недостатки синхронного двигателя с постоянными магнитами, чтобы лучше понять эту тему.

Adva н таг постоянно mag n et Двигатель постоянного тока:

• Постоянные магниты меньше по размеру.
• Для этих двигателей не требуется обмотка возбуждения, и они не имеют медных потерь в цепи возбуждения. Это повышает их эффективность.
• Для постоянного магнита меньшего номинала, что снижает стоимость производства и, следовательно, двигатель постоянного тока дешевле.
• Этот двигатель имеет низкую пульсацию крутящего момента, поэтому он может создавать постоянный крутящий момент. Кроме того, его способность поддерживать полный крутящий момент на очень низких скоростях.
• Он имеет только обмотку статора и не имеет рывков, поэтому его тепловыделение меньше, чем у щеточного двигателя.
• Для него не нужен дополнительный источник питания постоянного тока. Питание переменным током осуществляется на статоре, а постоянные магниты на роторе.
• КПД двигателя с магнитом Permet при полной нагрузке выше, чем при использовании асинхронного двигателя переменного тока.
• Синхронный двигатель с постоянными магнитами не имеет щеток, поэтому стоимость его обслуживания низкая.

Недостатки синхронного двигателя с постоянными магнитами:

• Существует риск размагничивания полюсов, что может быть вызвано большим током якоря. Демагнетизация кабины происходит также из-за чрезмерного нагрева, а также при перегрузке двигателя в течение длительного периода времени.
• Дополнительный ток Нельзя добавлять для уменьшения реакции якоря.
• Магнитное поле двигателя с постоянным током с постоянным током задается заранее, даже когда двигатель не используется.
• Постоянный магнит создает высокую плотность магнитного потока, как и внешнее шунтирующее поле. Следовательно, двигатель постоянного тока с постоянными магнитами имеет меньший индуктивный момент на ампер-виток тока якоря, протекающего через шунт, чем шунтирующий двигатель того же номинала.
• Решения для двигателей с постоянными магнитами, как правило, требуют более высоких первоначальных затрат, чем использование асинхронных двигателей переменного тока, поэтому их сложнее запустить, чем асинхронные двигатели переменного тока.

Подробнее:

 Синхронный двигатель с постоянными магнитами (СДПМ) представляет собой устройство, в котором используются постоянные магниты, встроенные в стальной ротор, для создания постоянного магнитного поля. Этот тип двигателя является одним из лучших вариантов для полного спектра приложений управления движением. Итак, в этой статье представлены преимущества и недостатки синхронного двигателя с постоянными магнитами, чтобы лучше понять эту тему.

Adva n маркировка постоянного магнита  mag n et Двигатель постоянного тока:

• Постоянные магниты меньше по размеру.
• Для этих двигателей не требуется обмотка возбуждения, и они не имеют медных потерь в цепи возбуждения. Это повышает их эффективность.
• Для постоянного магнита меньшего номинала, что снижает стоимость производства и, следовательно, двигатель постоянного тока дешевле.
• Этот двигатель имеет низкую пульсацию крутящего момента, поэтому он может создавать постоянный крутящий момент. Кроме того, его способность поддерживать полный крутящий момент на очень низких скоростях.
• Он имеет только обмотку статора и не имеет рывков, поэтому его тепловыделение меньше, чем у щеточного двигателя.
• Для него не нужен дополнительный источник питания постоянного тока. Питание переменным током осуществляется на статоре, а постоянные магниты на роторе.
• КПД двигателя с магнитом Permet при полной нагрузке выше, чем при использовании асинхронного двигателя переменного тока.
• Синхронный двигатель с постоянными магнитами не имеет щеток, поэтому стоимость его обслуживания низкая.

Недостатки синхронного двигателя с постоянными магнитами:

• Существует риск размагничивания полюсов, что может быть вызвано большим током якоря. Демагнетизация кабины происходит также из-за чрезмерного нагрева, а также при перегрузке двигателя в течение длительного периода времени.
• Дополнительный ток Нельзя добавлять для уменьшения реакции якоря.
• Магнитное поле двигателя с постоянным током с постоянным током задается заранее, даже когда двигатель не используется.
• Постоянный магнит создает высокую плотность магнитного потока, как и внешнее шунтирующее поле. Следовательно, двигатель постоянного тока с постоянными магнитами имеет меньший индуктивный момент на ампер-виток тока якоря, протекающего через шунт, чем шунтирующий двигатель того же номинала.
• Решения для двигателей с постоянными магнитами, как правило, требуют более высоких первоначальных затрат, чем использование асинхронных двигателей переменного тока, поэтому их сложнее запустить, чем асинхронные двигатели переменного тока.

Дополнительная информация:

Конструкция, классификация, применение, преимущества и недостатки

Электрическая машина

рави
20 декабря 2019 г.

Машины, классифицируемые как машины переменного тока и машины постоянного тока. В машинах переменного тока широко используются асинхронная машина и синхронная машина.

В этой статье мы обсудим синхронную машину.

Щелкните здесь для Асинхронный двигатель.

Содержание

Конструкция синхронной машины

Синхронная машина состоит из двух важных частей; статор и ротор .

Статор является неподвижной частью машины. Он несет статорную обмотку. Напряжение, генерируемое в обмотке статора. Если синхронная машина используется в качестве генератора переменного тока, то выход берется со статора.

Ротор — вращающаяся часть машины. Ротор соединен с валом. Если синхронная машина используется в качестве двигателя, выходной сигнал берется от ротора.

Статор

Неподвижная часть двигателя, состоящая из корпуса статора, обмотки статора и сердечника статора.

Корпус статора из чугуна. Это внешний корпус, который защищает внутреннюю часть двигателя.

Сердечник статора из кремнистой стали. Сердечник ламинирован для уменьшения потерь на вихревые токи и потерь на гистерезис. Он обеспечивает низкий магнитный путь к току статора и удерживает обмотку статора.

Статор имеет пазы, в которых размещена обмотка статора. Как правило, для обмотки используется медь. Обмотка соединена звездой. Обмотка каждой фазы распределена по нескольким полюсам. Число полюсов статора равно числу полюсов ротора.

Ротор

Ротор представляет собой вращающуюся часть машины. Есть два типа ротора; с явным полюсом и цилиндрическим ротором.

Выступающий полюс

Машина с явными полюсами, также известная как ротор с выступающими полюсами . Этот тип двигателя используется в низко- и среднеоборотных генераторах с приводом от двигателя.

По окружности ротора большое количество выступающих или выступающих полюсов, размещенных в фиксированном положении.

Имеет больший диаметр и короткую осевую длину по сравнению с цилиндрическим синхронным двигателем. Полюса из чугуна и кремнистой стали и сосредоточенные обмотки, размещенные на полюсах.

Синхронные машины явнополюсного типа

Ламинированные опоры и башмаки для уменьшения потерь на вихревые токи. Чтобы предотвратить колебание или затухание, демпферные стержни, используемые на полюсах, обращены друг к другу.

Это состояние может возникнуть в случае резкого изменения условий нагрузки. Демпферные стержни сделаны из меди и замкнуты накоротко с обоих концов тяжелыми медными кольцами. Максимальная скорость этого мотора 1500 об/мин .

Этот тип среднеоборотных двигателей используется на гидроэлектростанциях. Таким образом, он также известен как гидрогенератор , гидрогенератор или гидрогенератор .

Цилиндрический ротор

Этот двигатель также известен как двигатель с неявнополюсными полюсами . Этот тип двигателя используется в очень быстродействующем турбогенераторе.

Синхронная машина с цилиндрическим ротором, тип

Ротор цилиндрический. Число полюсов ротора меньше по сравнению с цилиндрическим двигателем. Ротор имеет всего 2-4 полюса.

Он имеет большую осевую длину и малый диаметр по сравнению с явнополюсным синхронным двигателем . Он изготовлен из кремнистой стали, а в роторе сделаны прорези для установки обмотки возбуждения. Максимальная скорость цилиндрического ротора 3000 об/мин.

Этот тип генератора переменного тока используется на тепловых электростанциях или газовых установках, где используется высокая скорость турбины.

Синхронная машина

Применение синхронной машины

• Используется в электростанциях и подстанциях параллельно шинам для улучшения коэффициента мощности. Для этого его запускают без механической нагрузки на него и силовых агрегатов.
• Большое количество асинхронных двигателей или трансформаторов, работающих с отстающим коэффициентом мощности, используется для улучшения коэффициента мощности.
• Производство электроэнергии на электростанциях.
• Контролируйте напряжение на конце линии передачи, изменяя ее возбуждение (питание постоянным током).
• Используется в мотор-генераторных установках, требующих постоянной скорости.
• Он также используется на резиновых фабриках, текстильных фабриках, цементных заводах, воздушных компрессорах, центробежных насосах, для которых требуется постоянная скорость, а также в измельчителях и измельчителях целлюлозы, сталелитейных и металлопрокатных заводах, каменных и рудных дробилках, обычно соединенных с двигателем или с приводом.

Преимущества

• Синхронные двигатели могут быть сконструированы с более широким воздушным зазором, чем асинхронные двигатели, что делает эти двигатели механически более устойчивыми.
• В этом двигателе легко изолировать обмотку якоря для высокого напряжения, на которое рассчитан генератор переменного тока.
• Возможность управления коэффициентом мощности является одним из основных преимуществ синхронного двигателя. Синхронный двигатель с перевозбуждением имеет опережающий коэффициент мощности. Он может работать параллельно с асинхронными двигателями и другими нагрузками с отстающим коэффициентом мощности, тем самым улучшая коэффициент мощности системы.
• В синхронном двигателе скорость остается постоянной независимо от нагрузки. Эта характеристика помогает в промышленных приводах, где требуется постоянная скорость независимо от нагрузки, которую они приводят.
• В синхронных двигателях электромагнитная мощность линейно зависит от напряжения.