Vad är en synkronmotor och var används den

Synkroniska elektriska motorer (SD) är inte lika vanliga som asynkrona ekorre-motorer. Men de används där ett stort vridmoment behövs och ofta under arbetet överbelastning. Dessutom används denna typ av motor där stor kraft behövs för att driva mekanismerna på grund av den höga effektfaktorn och förmågan att förbättra nätfaktorns effektfaktor, vilket avsevärt minskar kostnaden för el och belastning på linjen. Vad är en synkronmotor, var används den och vilka för- och nackdelar kommer vi att tänka på i den här artikeln.

Definition och handlingsprincip

Enkelt uttryckt kallas en synkronmotor en elektrisk motor vars rotor (axel) rotationshastighet sammanfaller med statorns magnetfält.

Låt oss kort överväga funktionsprincipen för en sådan elektrisk motor - den är baserad på samverkan mellan det roterande statorns magnetfält, som vanligtvis skapas av trefasväxelström och rotorns konstantmagnetiska fält.

Rotorns konstant magnetfält skapas av exciteringslindningen eller permanentmagneterna. Strömmen i statorlindningarna skapar ett roterande magnetfält, medan rotorn i driftläge är en permanent magnet, dess poler rusar till motsatta poler i statorns magnetfält. Som ett resultat roterar rotorn synkront med statorns fält, vilket är dess huvudsakliga funktion.

Minnas det induktionsmotor stator MP rotationshastighet och rotor rotationshastighet skiljer sig från mängden glidning, och dess mekaniska egenskaper är "pucklad" med en topp under kritisk slip (under dess nominella rotationshastighet).

Hastigheten med vilken statorns magnetfält roterar kan beräknas med följande ekvation:

N = 60f / p

f är frekvensen för strömmen i lindningen, Hz, p är antalet polpar.

Följaktligen bestäms rotationshastigheten för den synkrona motoraxeln av samma formel.

De flesta elmotorer som används i produktionen är tillverkade utan permanentmagneter, men med en excitationslindning, medan synkrona AC-motorer med låg effekt är tillverkade med permanentmagneter på rotorn.

Strömmen till fältlindningen tillförs av ringar och en borsteenhet. Till skillnad från en elektrisk kollektormotor, där en kollektor (en uppsättning av i längdriktningen arrangerade plattor) används för att överföra ström till en roterande spole, är ringar monterade på synkronen över statorns ena ände.

Thyristor-excitatorer, ofta kallade "VTE" (med namnet på en av serierna av sådana apparater för inhemsk produktion) är för närvarande källan till likströmskänsla.Tidigare användes generatormotors exciteringssystem när en generator installerades på samma axel med motorn (det är också en exciter), som motstånd applicerad ström på fältets lindning.

Rotorn för nästan alla synkrona likströmsmotorer utförs utan excitationslindning, och med permanentmagneter, även om de i princip liknar AC-lysdioder, skiljer de sig mycket på sättet att de är anslutna och styrda från klassiska trefasmaskiner.

En av de viktigaste egenskaperna hos en elmotor är en mekanisk egenskap. Hon synkronmotorer nära en rak horisontell linje. Detta innebär att belastningen på axeln inte påverkar dess hastighet (förrän den når ett kritiskt värde).

Detta uppnås exakt på grund av likströmspolning, och därför upprätthåller den synkrona elmotorn perfekt konstant varv under förändrade belastningar, överbelastningar och spänningsfall (upp till en viss gräns).

Nedan ser du symbolen på diagrammet för synkronmaskinen.

Rotordesign

Som alla andra består en synkron elektrisk motor av två huvuddelar:

• Statorn. Lindningarna finns i den. Det kallas också ett ankare.
• Rotor. Permanenta magneter eller en excitationslindning installeras på den. Det kallas också en induktor på grund av dess syfte - att skapa ett magnetfält).

För att tillföra ström till fältlindningen installeras 2 ringar på rotorn (eftersom excitationen är likström, "+" tillförs en av dem och "-" till den andra). Borstar är fästa på borstehållaren.

 

Rotorerna för synkrona växelströmsmotorer är av två typer beroende på syftet:

1. Explicit polär. Polar (spolar) är tydligt synliga. Använd i låga hastigheter och ett stort antal stolpar.
2. Implicit - det ser ut som ett runt ämne, i spåret som lindningarna på lindningarna ligger på. Använd vid höga rotationshastigheter (3000, 1500 varv / minut) och ett litet antal poler.

Synkron motorstart

En egenskap hos denna typ av elektriska maskiner är att de inte bara kan anslutas till nätverket och väntar på lanseringen. För drift av lysdioden behövs inte bara källan till excitationsströmmen, den har också en ganska komplicerad startkrets.

Uppstarten sker som i en induktionsmotor, och för att skapa ett startmoment, förutom fältlindningen, placeras en ytterligare kortsluten "ekorrebur" -lindning på rotorn. Det kallas också en "dämpande" lindning, eftersom det ökar stabiliteten vid plötsliga överbelastningar.

Excitationsströmmen i rotorlindningen vid start är frånvarande, och när den accelererar till en subsynkron hastighet (3-5% mindre än synkron) appliceras exciteringsströmmen, varefter den och statorns ström svänger, går motorn in i synkronismen och går in i driftläget.

För att begränsa startströmmarna för kraftfulla maskiner reducerar de ibland spänningen vid statornas lindningar genom att ansluta en autotransformator eller motstånd i serie.

Medan den synkrona maskinen startar i asynkronläge, är motstånd anslutna till fältlindningen, vars motstånd överstiger själva lindningens motstånd 5-10 gånger. Detta är nödvändigt så att det pulserande magnetiska flödet som uppstår under verkan av de strömmar som induceras i lindningen under uppstart inte bromsar accelerationen, och även för att inte skada lindningarna på grund av den emk som induceras i den.

Visningar

Det finns många typer av sådana maskiner, utformningen av en synkron växelströmsmotor med exciteringslindningar, som den vanligaste i produktionen, beskrevs ovan. Det finns andra typer, till exempel:

• Permanenta magnetiska synkronmotorer. Dessa är olika elektriska motorer, till exempel PMSM - synkronmotor med permanent magnet, BLDC - Brushless Direct Current och andra. Skillnader mellan vilka består av kontrollmetoden och formen på strömmen (sinusformad eller trapesformad). De kallas också borstlösa eller borstfria motorer.Används i maskinverktyg, radiostyrda modeller, elverktyg etc. De fungerar inte direkt från likström, utan via en speciell omvandlare.
• Stegmotorer - synkrona borstfria motorer, i vilka rotorn exakt håller det angivna läget, de används för att placera arbetsverktyget i CNC-maskinerna och för att styra olika delar av automatiska system (till exempel ställningen för gasventilen i bilen). De består av en stator, i detta fall finns excitationslindningar på den och en rotor, som är tillverkad av magnetiskt mjukt eller magnetiskt hårt material. Strukturellt mycket lik de tidigare typerna.
• Reaktiv.
• Hysteres.
• Reaktiv hysteres.

De tre sista lysdioderna har inte heller borstar, de fungerar på grund av rotorns speciella design. Reaktiva lysdioder skiljer tre av sina konstruktioner: en tvärlagrad rotor, en rotor med distinkta poler och en axiellt stratifierad rotor. En förklaring av principen för deras arbete är ganska komplicerad och kommer att ta en stor mängd, så vi kommer att utelämna det. Sådana motorer i praktiken kommer du troligen att träffas sällan. Dessa är främst lågeffektmaskiner som används i automatisering.

Tillämpningsområde

Synkronmotorer är dyrare än asynkrona, dessutom kräver de en extra källa för likströmspänning - detta minskar delvis bredden på omfattningen för denna typ av elektriska maskiner. Men synkroniska elektriska motorer används för att driva mekanismer där överbelastning är möjlig och exakt underhåll av stabila varv krävs.

Dessutom används de oftast inom området stora kapaciteter - hundratals kilowatt och megawatt-enheter, och samtidigt är start och stopp ganska sällsynt, det vill säga maskinerna arbetar dygnet runt under lång tid. Denna applikation beror på det faktum att synkronmaskiner arbetar med cos Ф phi nära 1, och kan leverera reaktiv effekt till nätverket, vilket förbättrar nätets effektfaktor och minskar dess förbrukning, vilket är viktigt för företag.

Fördelar och nackdelar

Med enkla ord har all elbil sina fördelar och nackdelar. Fördelarna med en synkronmotor är:

1. Arbeta med cosPhI = 1, på grund av jämn spänning respektive, de förbrukar inte reaktiv effekt från nätverket.
2. Under drift, med överexcitation, ger de reaktiv kraft till nätverket, förbättrar nätfaktorns effektfaktor, spänningsfallet och förlusterna i det, och CM för kraftverkens generatorer ökar.
3. Det maximala momentet som utvecklas på LED-axeln är proportionellt mot U och för AD - U² (kvadratiskt beroende av spänning). Detta innebär att lysdioden har god lastkapacitet och stabilitet, som bevaras under ett spänningsfall i nätverket.
4. Som en följd av allt detta är rotationshastigheten stabil under överbelastning och insjup, inom överbelastningskapaciteten, särskilt med ökande excitationsström.

En betydande nackdel med en synkronmotor är emellertid att dess utformning är mer komplicerad än den för en asynkron med en kortsluten rotor; en exciter behövs utan vilken den inte kan fungera. Allt detta leder till en högre kostnad jämfört med asynkrona maskiner och svårigheter i underhåll och drift.

Kanske slutar fördelarna och nackdelarna med synkronmotorer där. I den här artikeln har vi försökt sammanfatta allmän information om synkronmotorer. Om du har något att komplettera materialet - skriv i kommentarerna.

Relaterade material:

• Vad är en rotor och stator
• Hur el överförs över avstånd utan ledningar
• Vad är en frekvensomvandlare