Kas ir sinhronais motors un kur tas tiek izmantots?

Sinhronie elektromotori (SD) nav tik izplatīti kā asinhronie vāveres-sprieguma motori. Bet tos izmanto gadījumos, kad nepieciešams liels griezes moments, un bieži darba laikā pārslodze. Arī šāda veida motorus izmanto gadījumos, kad mehānismu vadīšanai nepieciešama liela jauda, ​​pateicoties lielajam jaudas koeficientam un spējai uzlabot tīkla jaudas koeficientu, kas ievērojami samazinās elektrības izmaksas un līnijas slodzi. Kas ir sinhronais motors, kur tas tiek izmantots un kādi ir tā plusi un mīnusi, mēs apsvērsim šo rakstu.

Definīcija un darbības princips

Vienkārši izsakoties, sinhrono motoru sauc par elektromotoru, kura rotora (vārpstas) griešanās ātrums sakrīt ar statora magnētiskā lauka griešanās ātrumu.

Īsumā apsvērsim šāda elektromotora darbības principu - tā pamatā ir rotējoša statora magnētiskā lauka mijiedarbība, kuru parasti rada trīsfāzu maiņstrāva un pastāvīgs rotora magnētiskais lauks.

Rotora pastāvīgu magnētisko lauku rada ierosināšanas tinums vai pastāvīgie magnēti. Statora tinumos esošā strāva rada rotējošu magnētisko lauku, savukārt rotors darba režīmā ir pastāvīgs magnēts, tā stabi skrien uz statora magnētiskā lauka pretējiem poliem. Tā rezultātā rotors griežas sinhroni ar statora lauku, kas ir tā galvenā īpašība.

Atgādiniet to indukcijas motors statora MP griešanās ātrums un rotora griešanās ātrums atšķiras pēc slīdēšanas daudzuma, un tā mehāniskās īpašības ir “pazeminātas” ar maksimumu kritiskās slīdēšanas laikā (zem tā nominālā griešanās ātruma).

Statora magnētiskā lauka griešanās ātrumu var aprēķināt, izmantojot šādu vienādojumu:

N = 60f / p

f ir strāvas frekvence tinumā, Hz, p ir polu pāru skaits.

Attiecīgi sinhronā motora vārpstas griešanās ātrumu nosaka ar to pašu formulu.

Lielākā daļa ražošanā izmantoto maiņstrāvas elektromotoru tiek izgatavoti bez pastāvīgiem magnētiem, bet ar ierosmes tinumu, savukārt mazjaudas sinhronie maiņstrāvas motori tiek izgatavoti ar pastāvīgiem magnētiem uz rotora.

Strāvu lauka tinumam piegādā gredzeni un sukas komplekts. Atšķirībā no kolektora elektromotora, kur kolektors (gareniski sakārtotu plākšņu komplekts) tiek izmantots strāvas pārvadei uz rotējošu spoli, gredzeni tiek uzstādīti sinhroni pāri vienam statora galam.

Tiristoru ierosinātāji, ko bieži sauc par "VTE" (ar nosaukumu vienai no šādām pašmāju ierīču sērijām), pašlaik ir tiešās strāvas ierosmes avots.Iepriekš tika izmantota ģeneratora-motora ierosināšanas sistēma, kad ģenerators tika uzstādīts uz vienas ass ar motoru (tas ir arī ierosinātājs), kas rezistori pielietotā strāva lauka tinumam.

Gandrīz visu sinhrono līdzstrāvas motoru rotoru veic bez ierosmes tinuma, un ar pastāvīgajiem magnētiem, lai arī principā tie ir līdzīgi maiņstrāvas gaismas diodēm, tie ir ļoti atšķirīgi ziņā, kā tie tiek savienoti un vadāmi no klasiskajām trīsfāžu mašīnām.

Viena no galvenajām elektrodzinēja īpašībām ir mehāniskā īpašība. Viņa sinhronie motori atrodas tuvu taisnai horizontālai līnijai. Tas nozīmē, ka ass slodze neietekmē tās ātrumu (līdz tā sasniedz zināmu kritisko vērtību).

Tas tiek sasniegts tieši tiešās strāvas ierosmes dēļ, tāpēc sinhronais elektromotors lieliski uztur pastāvīgus apgriezienus mainīgās slodzēs, pārslodzēs un sprieguma kritumos (līdz noteiktai robežai).

Zemāk redzat simbolu sinhronās mašīnas diagrammā.

Rotora dizains

Tāpat kā jebkuru citu, sinhrono elektromotoru veido divas galvenās daļas:

• Stators. Tinumi atrodas tajā. To sauc arī par enkuru.
• Rotors. Uz tā ir uzstādīti pastāvīgie magnēti vai ierosmes tinums. To sauc arī par induktoru, jo tā mērķis - radīt magnētisko lauku).

Lai piegādātu strāvu lauka tinumam, uz rotora ir uzstādīti 2 gredzeni (tā kā ierosināšana notiek ar līdzstrāvu, vienam no tiem tiek piegādāts “+”, bet otram “-”). Sukas ir piestiprinātas pie sukas turētāja.

 

Sinhronās maiņstrāvas motoru rotori atkarībā no mērķa ir divu veidu:

1. Nepārprotami polārs. Poļi (spoles) ir skaidri redzami. Izmantojiet ar nelielu ātrumu un lielu skaitu stabu.
2. Netieši - tas izskatās kā apaļa tukša, spraugā, uz kuras ir uzlikti tinumu vadi. Izmantojiet ar lielu griešanās ātrumu (3000, 1500 apgr./min.) Un nelielu skaitu polu.

Sinhronā motora iedarbināšana

Šāda veida elektrisko mašīnu iezīme ir tā, ka tos nevar vienkārši pieslēgt tīklam un gaidīt tā palaišanu. Turklāt gaismas diodes darbībai ir nepieciešams ne tikai ierosmes strāvas avots, bet arī diezgan sarežģīta sākuma shēma.

Iedarbināšana notiek tāpat kā indukcijas motorā, un, lai radītu starta momentu, papildus lauka tinumam uz rotora tiek novietots papildu īssavienojuma “vāveres būra” tinums. To sauc arī par “slāpējošu” tinumu, jo tas palielina stabilitāti pēkšņas pārslodzes gadījumā.

Uzbudinājuma strāva rotora tinumā palaišanas laikā nav, un, kad tā paātrinās līdz subhronam ātrumam (par 3-5% mazāka nekā sinhronā), tiek pielietota ierosmes strāva, pēc kuras tā un statora strāva svārstās, motors nonāk sinhronismā un pāriet darba režīmā.

Lai ierobežotu jaudīgu mašīnu palaišanas strāvas, dažreiz tās samazina spriegumu statora tinumu spailēs, virknē savienojot autotransformatoru vai rezistorus.

Kamēr sinhronā mašīna ieslēdzas asinhronajā režīmā, lauka tinumam ir savienoti rezistori, kuru pretestība 5-10 reizes pārsniedz paša tinuma pretestību. Tas ir nepieciešams, lai pulsējošā magnētiskā plūsma, kas rodas tinumu ietekmē iedarbinātu strāvu iedarbināšanas laikā, nepalēninātu paātrinājumu, kā arī lai nesabojātu tinumus tajā izraisītā emf dēļ.

Sugas

Šādu mašīnu tipu ir ļoti daudz, iepriekš aprakstīts sinhronā maiņstrāvas motora ar lauka tinumiem dizains, kas ir visizplatītākais ražošanā. Ir arī citi veidi, piemēram:

• Pastāvīgo magnētu sinhronie motori. Tie ir dažādi elektromotori, piemēram, PMSM - pastāvīgā magnēta sinhronais motors, BLDC - Brushless līdzstrāva un citi. Atšķirības starp vadības metodi un strāvas formu (sinusoidālā vai trapecveida). Tos sauc arī par motoriem bez suku vai bez suku.Izmanto darbgaldos, radiovadāmos modeļos, elektroinstrumentos utt. Tie nedarbojas tieši no līdzstrāvas, bet caur īpašu pārveidotāju.
• Pakāpju motori - sinhronie bezkontakta motori, kuros rotors precīzi notur norādīto pozīciju, tos izmanto, lai pozicionētu darba instrumentu CNC mašīnās un kontrolētu dažādus automātisko sistēmu elementus (piemēram, droseļvārsta stāvokli automašīnā). Tie sastāv no statora, šajā gadījumā uz tā atrodas ierosināšanas tinumi, un rotora, kas izgatavots no magnētiski mīksta vai magnētiski cieta materiāla. Strukturāli ļoti līdzīgs iepriekšējiem veidiem.
• Reaktīvs.
• Histerēze.
• Reaktīvā histerēze.

Arī pēdējiem trim gaismas diožu veidiem nav suku, tie darbojas rotora īpašā dizaina dēļ. Reaktīvās gaismas diodes atšķir trīs no to konstrukcijām: šķērseniski stratificētu rotoru, rotoru ar atšķirīgiem poliem un aksiāli stratificētu rotoru. Viņu darba principa skaidrojums ir diezgan sarežģīts, un tas prasīs daudz, tāpēc mēs to izlaidīsim. Šādi motori praksē jūs, visticamāk, satiksit reti. Tās galvenokārt ir mazjaudas mašīnas, ko izmanto automatizācijā.

Piemērošanas joma

Sinhronie motori ir dārgāki nekā asinhroni, turklāt tiem ir nepieciešams papildu līdzstrāvas ierosmes avots - tas daļēji samazina šāda veida elektrisko mašīnu darbības jomas platumu. Tomēr sinhronos elektromotorus izmanto, lai vadītu mehānismus, kur ir iespējama pārslodze un ir nepieciešama precīza stabilu apgriezienu uzturēšana.

Turklāt tos visbiežāk izmanto lielu jaudu jomā - simtiem kilovatu un megavatu vienību, un tajā pašā laikā iedarbināšana un apstādināšana ir diezgan reti, tas ir, mašīnas ilgstoši strādā visu diennakti. Šī lietojumprogramma ir saistīta ar faktu, ka sinhronās mašīnas darbojas ar cos Ф phi tuvu 1 un var piegādāt tīklam reaktīvo jaudu, kas uzlabo tīkla jaudas koeficientu un samazina tā patēriņu, kas ir svarīgi uzņēmumiem.

Priekšrocības un trūkumi

Vienkāršiem vārdiem sakot, jebkuram elektriskam automobilim ir savi plusi un mīnusi. Sinhronā motora priekšrocības ir:

1. Darbs ar cosPhI = 1, attiecīgi tiešās strāvas ierosmes dēļ, tie neizmanto tīkla reaktīvo jaudu.
2. Darbības laikā ar pārmērīgu ierosmi tie piešķir tīklam reaktīvo jaudu, uzlabojot tīkla jaudas koeficientu, sprieguma kritumus un zaudējumus tajā, un palielinās spēkstaciju ģeneratoru CM.
3. Maksimālais moments, kas izveidots uz gaismas diodes vārpstas, ir proporcionāls U un AD - U² (kvadrātiskā atkarība no sprieguma). Tas nozīmē, ka gaismas diodei ir laba kravnesība un stabilitāte, kas tiek saglabāta tīkla sprieguma krituma laikā.
4. Tā rezultātā rotācijas ātrums ir stabils pārslodžu un pazemināšanās laikā pārslodzes jaudas robežās, īpaši palielinoties ierosmes strāvai.

Tomēr būtisks sinhronā motora trūkums ir tāds, ka tā dizains ir sarežģītāks nekā asinhronajam ar īssavienojuma rotoru, ir nepieciešams ierosinātājs, bez kura tas nevar darboties. Tas viss rada augstākas izmaksas salīdzinājumā ar asinhronajām mašīnām, kā arī apkopes un ekspluatācijas grūtības.

Iespējams, ka beidzas sinhrono motoru priekšrocības un trūkumi. Šajā rakstā mēs esam mēģinājuši apkopot vispārīgu informāciju par sinhronajiem motoriem. Ja jums ir kaut kas papildināt materiālu - rakstiet komentāros.

Saistītie materiāli:

• Kas ir rotors un stators
• Kā elektrība tiek pārvadīta attālumos bez vadiem
• Kas ir frekvences pārveidotājs