Трехфазный синхронный двигатель называется синхронным так как

Принцип действия трехфазных синхронных двигателей

При включении в сеть трехфазной обмотки статора в синхронной машине возникает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого n1 пропорциональна частоте тока в сети f1:

Принцип работы синхронного двигателя рассмотрим на примере модели, представляющей собой две разделенные воздушным зазором системы полюсов: внешнюю и внутреннюю (рис. 4.6). Внутренняя система (ротор) расположена на валу и может вращаться.

Если внешняя система полюсов неподвижна, то благодаря си­лам взаимного притяжения внутренняя система расположится так, что ее полюсы будут находиться под полюсами внешней системы противоположной полярности. При этом силы, действующие на полюсы внутренней магнитной системы , не будут создавать электромагнитного момента (рис. 4.7, а), так как они направлены по оси полюсов.

Рис. 4.6. Модель синхронного двигателя Рис. 4.7. Принцип действия синхронного двигателя

Если же внешнюю систему полюсов вращать с небольшой часто­той n1, то в первоначальный момент внешняя система сместится относительно внутренней системы на некоторый угол (рис. 4.7, б). В результате сила также повернется относительно оси полюса ротора. Теперь эту силу можно рассматривать как сумму двух составляющих: , при этом нормальная составляющая будет направлена по оси полюса ротора, а тангенциальная составляющая , направленная перпендикулярно оси полюса ротора, создаст вращающий момент. Совокупность сил , действующих на все полюсы ротора (внутренней системы), создаст электромагнитный момент М, который приведет ротор во вращение с синхронной частотой n1. Таким образом, внутренняя система полюсов будет вращаться синхронно с внешней системой.

Трехфазный синхронный двигатель отличается от рассмотрен­ной модели тем, что вместо внешней системы полюсов в нем имеется статор с обмоткой, которая при включении в сеть создает вращающееся магнитное поле с тем же числом полюсов, что и на роторе. Благодаря магнитной связи этого поля с полюсами ротора возникает электромагнитный момент. В результате электрическая энергия, поступающая из сети в обмотку статора синхронного двигателя, преобразуется в механическую энергию вращения ротора.

Ротор синхронного двигателя может вращаться лишь с часто­той, равной частоте вращения поля статора. Действительно, если предположить, что ротор двигателя вращается с частотой, отличной от частоты вращения поля статора, то в некоторые моменты времени полюсы ротора будут находиться под одноименными полюсами поля статора, что приведет к исчезновению тангенциальных составляющих сил , создающих электромагнитный момент. А в отдельные моменты времени силы будут приобретать направление, при котором электромагнитный момент окажется направленным в сторону, противоположную направлению вращения поля статора. В результате ротор вращаться не будет.

Свойство синхронных двигателей работать с синхронной часто­той является их особенностью и преимуществом по сравнению с двигателями других типов. По конструкции синхронные двигатели принципиально не отличаются от синхронных генераторов с демпферной обмоткой на полюсах.

Читайте также:  Hyundai sonata nf технические характеристики двигателей

Большое распространение в системах автоматики получили синхронные двигатели, в которых полюсы ротора возбуждаются постоянными магнитами. Такие двигатели не требуют постоянного тока для возбуждения, имеют более высокий к. п. д. (из-за отсутствия потерь на возбуждение) и надежнее в эксплуатации, так как не имеют контактных колец и щеток.

Источник

Особенности, устройство и принцип работы синхронного двигателя простым языком

Электродвигатели прочно закрепились в качестве важнейших составляющих большинства приборов, ежедневно используемых человеком. Одним из видов электрических машин для вращения рабочего органа является синхронный электродвигатель. Особенности устройства и принцип работы синхронного двигателя, мы рассмотрим далее.

Устройство

Конструктивно любой синхронный агрегат представляет собой статор и ротор, объединенные в одном корпусе. Статорная обмотка наматывается в пазы неподвижного магнитопровода, собранного из ферромагнитного материала. Конструкция ротора может включать в себя обмотку, смонтированную на железном каркасе, или постоянный магнит, установленный на валу. Задача и одного, и второго – создать магнитный поток, взаимодействующий с электромагнитным полем статора.

Принцип работы

На основании п.53 ГОСТ 27471-87 понятие синхронного двигателя подразумевает бесконтактную машину, работающую на переменном токе. У которой в установившемся режиме отношение частоты вращения ротора к частоте тока в обмотках якоря не зависит от величины нагрузки при номинальной работе.

С практической стороны это выглядит следующим образом:

  • на обмотки статора, также называемого якорем, подается трехфазное напряжение;
  • по мере нарастания амплитуды синусоиды в одной фазе, будет пропорционально увеличиваться ток и электромагнитное поле, создаваемое вокруг обмотки;
  • в виду того, что синусоида нарастает во всех трех фазах двигателя поочередно, пик максимального электромагнитного поля будет смещаться от одной обмотки к другой по часовой стрелке;
  • магнитное поле ротора (индуктора) поочередно притягивается собственными полюсами к противоположному по знаку вектору поля статора.

В результате такого взаимодействия возникает поступательное вращение вала синхронного двигателя вокруг своей оси. Так как в индукторе постоянно присутствуют сформированные независимым источником силовые линии, частота его вращения полностью соответствует частоте напряжения, подаваемого в обмотки якоря. Возникает синхронизм в двигателе.

Типы синхронных двигателей

В целом синхронные двигатели подразделяются на несколько категорий, в зависимости от их конструктивных особенностей.

Так, для получения потока возбуждения используют:

  • обмотку на роторе – для обеспечения электромагнитного взаимодействия на обмотку подается питание от стороннего источника;
  • магнитный ротор – вспомогательное магнитное поле ротора создается постоянными магнитами, установленными на нем;
  • реактивный ротор – форма магнитопровода индуктора выполнена таким образом, что силовые линии якоря преломляются до получения синхронного вращения.

В зависимости от конструкции ротора, выделяют явнополюсный и неявнополюсный синхронный двигатель.

По режиму работы могут использоваться в качестве электродвигателя, генератора или синхронного компенсатора.

Режимы работы

На практике, каждая электрическая машина может применяться в различных режимах работы:

  • Режим двигателя – агрегат функционирует по принципу преобразования электрической энергии в механическую. Напряжение подается на выводы якоря и преобразуется во вращательное усилие на роторе.
  • Генераторный режим – в этом случае вал двигателя вращается за счет турбины или другого объекта, а с выводов якоря снимается сгенерированное напряжение.
  • Синхронный компенсатор – электродвигатель включается в распределительную сеть на холостом ходу. При этом повышается коэффициент мощности системы за счет потребления реактивной мощности.
Читайте также:  После залитых свечей троит двигатель

P.S. Больше других деталей о синхронном двигателе , а также о том чем он отличается от асинхронного двигателя смотрите в видео:

Источник

Устройство и принцип действия синхронного двигателя

Синхронный электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Его также можно использовать в качестве генератора. Чаще всего он применяется в компрессорах, прокатных станках, поршневых насосах и другом подобном оборудовании. Рассмотрим принцип действия синхронного электродвигателя, его характеристики и свойства.

Устройство синхронного электродвигателя

Строение агрегата данного вида типично. Двигатель состоит из:

  • Неподвижной части (якорь или статор).
  • Подвижной части (ротор или индуктор).
  • Вентилятора.
  • Контактных колец.
  • Щеток.
  • Возбудителя.

Статор представляет собой сердечник, состоящий из обмоток, который заключен в корпус. Индуктор комплектуется электромагнитами постоянного тока (полюсами). Конструкция индуктора может быть двух видов – явнополюсная и неявнополюсная. В статоре и роторе расположены ферромагнитные сердечники, изготовленные из специальной электротехнической стали. Они необходимы для уменьшения магнитного сопротивления и улучшения прохождения магнитного потока.

Частота вращения ротора в синхронном двигателе равна частоте вращения магнитного поля. Независимо от подключаемой нагрузки частота ротора неизменна, так как число пар полюсов магнитного поля и ротора совпадают. Их взаимодействие обеспечивает постоянную угловую скорость, не зависящую от момента, приложенного к валу.

Принцип работы синхронного электродвигателя

Самые распространенные типы такого рода агрегатов – однофазный и трехфазный. Принцип работы синхронного электродвигателя в обоих случаях примерно одинаков. После подключения обмотки якоря к сети ротор остается неподвижным, в то время как постоянный ток поступает в обмотку возбуждения. Направление электромагнитного момента меняется дважды за время одного изменения напряжения. При значении среднего момента равном нулю, ротор под влиянием внешнего момента (механического воздействия) разгоняется до частоты, близкой по значению частоте вращения магнитного поля в зазоре, после чего двигатель переходит в синхронный режим.

В трехфазном устройстве проводники расположены под определенным углом относительно друг друга. В них возбуждается вращающееся с синхронной скоростью электромагнитное поле.

Разгон двигателя может осуществляться в двух режимах:

  • Асинхронный. Обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата. Вращающееся магнитное поле, возникающее при включении напряжения, пересекает короткозамкнутую обмотку, установленную на роторе. В ней индуцируются токи, взаимодействующие с вращающимся полем статора. По достижении синхронной скорости крутящий момент начинает уменьшаться и сводится к нулю после замыкания магнитного поля.
  • С помощью вспомогательного двигателя. Для этого синхронный двигатель механически соединяется со вспомогательным (двигателем постоянного тока либо трехфазным индукционным двигателем). Постоянный ток подается только после того, как вращение двигателя достигает скорости, близкой к синхронной. Магнитное поле замыкается, и связь со вспомогательным двигателем прекращается.
Читайте также:  Средние обороты двигателя днепр

Характеристики синхронного электродвигателя

Хотя асинхронные двигатели считаются более надежными и дешевыми, их синхронные «собратья» имеют некоторые преимущества и широко применяются в различных областях промышленности. К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:

  • Работу при высоком значении коэффициента мощности.
  • Высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности.
  • Сохранение нагрузочной способности даже при снижении напряжения в сети.
  • Неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.
  • Экономичность.

Синхронным двигателям также присущи некоторые недостатки:

  • Достаточно сложная конструкция, делающая их производство дороже.
  • Необходимость источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя).
  • Сложность пуска.
  • Необходимость корректировать угловую частоту вращения путем изменения частоты питающего напряжения.

Однако в некоторых случаях использование синхронных двигателей предпочтительнее:

  • Для улучшения коэффициента мощности.
  • В длительных технологических процессах, где нет необходимости в частых запусках и остановках.

Таким образом, «плюсы» двигателей такого типа значительно превосходят «минусы», поэтому на данный момент они высоко востребованы.

Изучив синхронный двигатель, устройство и принцип его действия и учтя условия, в которых он будет эксплуатироваться, вы сможете быстро и с легкостью подобрать оптимально подходящий для ваших целей тип агрегата (защищенный, закрытый, открытый) и использовать его с максимальной эффективностью.

Источник

Синхронный или асинхронный- вот в чем вопрос.

Асинхронный двигатель широко используется в промышленных, бытовых и коммерческих целях. Трехфазные асинхронные двигатели приходятся почти на 70% электрооборудования, используемого в промышленности. Такая техника имеет много преимуществ и относительно мало недостатков, о которых мы поговорим более детально.

Преимущества асинхронного двигателя:

  • Работа асинхронного двигателя очень проста. Он способен максимально результативно функционировать в любых условиях окружающей среды. Конструкция отличается высокой надежностью и прочностью;
  • Низкая ценовая планка по сравнению с другими двигателями;
  • Высокая эффективность. Варьируется от 85 до 95%;
  • В асинхронном двигателе отсутствуют щетки. Таким образом, в двигателе нет искр, и его можно использовать в загрязненной и опасной среде.
  • Обслуживание требует меньших затрат по сравнению с двигателем постоянного тока и синхронным двигателем;
  • 3-фазный асинхронный двигатель — это самозапускающийся двигатель. Таким образом, никакого специального пускового устройства или дополнительного пускового двигателя не требуется. Однако однофазные асинхронные двигатели не имеют собственного пускового момента, и для вращения используются некоторые вспомогательные устройства;
  • Хорошо переносит кратковременные перегрузки;
  • Изменение скорости от холостого хода до номинальной нагрузки относительно небольшое.

Недостатки асинхронного двигателя:

  • Коэффициент мощности двигателя очень низок в условиях малой нагрузки;
  • Отсутствие возможности контролировать частоту вращения ротора без потери мощности;
  • Однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно, требуется вспомогательное оборудование;
  • Двигатель не может использоваться в таких условиях, где необходим высокий пусковой момент, поскольку пусковой момент очень мал по сравнению с другими машинами.
Источник

Оцените статью