Wat is een synchrone motor en waar wordt deze gebruikt
Synchrone elektromotoren (SD) komen niet zo vaak voor als asynchrone kooiankermotoren. Maar ze worden gebruikt waar een groot koppel nodig is en tijdens het werk frequent overbelasten. Dit type motor wordt ook gebruikt wanneer er veel vermogen nodig is om de mechanismen aan te drijven, vanwege de hoge arbeidsfactor en de mogelijkheid om de arbeidsfactor van het netwerk te verbeteren, wat de kosten van elektriciteit en belasting op de lijn aanzienlijk zal verminderen. Wat is een synchrone motor, waar wordt deze gebruikt en wat zijn de voor- en nadelen die we in dit artikel zullen bespreken.
Definitie en werkingsprincipe
Simpel gezegd wordt een synchrone motor een elektromotor genoemd waarvan het toerental van de rotor (as) samenvalt met het toerental van het magnetische statorveld.
Laten we kort het werkingsprincipe van een dergelijke elektromotor beschouwen - het is gebaseerd op de interactie van een roterend stator magnetisch veld, dat meestal wordt gecreëerd door een driefasige wisselstroom en een constant magnetisch veld van de rotor.
Het constante magnetische veld van de rotor wordt gecreëerd door de bekrachtigingswikkeling of permanente magneten. De stroom in de statorwikkelingen creëert een roterend magnetisch veld, terwijl de rotor in de bedrijfsmodus een permanente magneet is, de polen stromen naar de tegengestelde polen van het magnetische statorveld. Hierdoor draait de rotor synchroon met het statorveld, wat het belangrijkste kenmerk is.
Herhaal dat inductiemotor de rotatiesnelheid van de stator MP en de rotatiesnelheid van de rotor verschillen naargelang de hoeveelheid slip, en de mechanische karakteristiek is "gebocheld" met een piek tijdens kritische slip (onder de nominale rotatiesnelheid).
De snelheid waarmee het magnetische veld van de stator roteert, kan worden berekend met de volgende vergelijking:
N = 60f / p
f is de frequentie van de stroom in de wikkeling, Hz, p is het aantal paren polen.
Dienovereenkomstig wordt de rotatiesnelheid van de synchrone motoras bepaald door dezelfde formule.
De meeste AC-elektromotoren die in productie worden gebruikt, zijn gemaakt zonder permanente magneten, maar met een bekrachtigingswikkeling, terwijl synchrone AC-motoren met laag vermogen worden gemaakt met permanente magneten op de rotor.
De stroom naar de veldwikkeling wordt geleverd door ringen en een borstelsamenstel. In tegenstelling tot een collector-elektromotor, waarbij een collector (een set longitudinaal gerangschikte platen) wordt gebruikt om stroom naar een roterende spoel over te brengen, zijn ringen aan de synchrone over een uiteinde van de stator gemonteerd.
Thyristor-excitatoren, vaak "VTE" genoemd (met de naam van een van de series van dergelijke apparaten voor binnenlandse productie), zijn momenteel de bron van gelijkstroom-excitatie.Voorheen werd het opwekkingssysteem van de generator-motor gebruikt, toen een generator op dezelfde as met de motor werd geïnstalleerd (het is ook een bekrachtiger), die weerstanden toegepast stroom op de veldwikkeling.
De rotor van bijna alle synchrone gelijkstroommotoren wordt uitgevoerd zonder bekrachtigingswikkeling en met permanente magneten, hoewel ze in principe vergelijkbaar zijn met AC-LED's, zijn ze heel verschillend in termen van hoe ze worden aangesloten en bestuurd vanuit klassieke driefasige machines.
Een van de belangrijkste kenmerken van een elektromotor is een mechanisch kenmerk. Ze synchrone motoren dichtbij een rechte horizontale lijn. Dit betekent dat de belasting op de as de snelheid niet beïnvloedt (totdat deze een kritische waarde bereikt).
Dit wordt precies bereikt door gelijkstroombekrachtiging; daarom houdt een synchrone elektromotor perfect constant toeren bij veranderende belastingen, overbelastingen en spanningsdalingen (tot een bepaalde limiet).
Hieronder zie je het symbool op het diagram van de synchrone machine.
Rotor ontwerp
Net als elke andere bestaat een synchrone elektromotor uit twee hoofdonderdelen:
- Stator. De wikkelingen zitten erin. Het wordt ook wel een anker genoemd.
- Rotor. Er zijn permanente magneten of een bekrachtigingswikkeling op geïnstalleerd. Het wordt ook een inductor genoemd vanwege zijn doel - het creëren van een magnetisch veld).
Om stroom te leveren aan de veldwikkeling, zijn 2 ringen op de rotor geïnstalleerd (aangezien de excitatie plaatsvindt door gelijkstroom, wordt "+" geleverd aan een van hen en "-" aan de andere). Borstels zijn bevestigd aan de borstelhouder.
De rotoren van synchrone AC-motoren zijn van twee typen, afhankelijk van het doel:
- Expliciet polair. Palen (spoelen) zijn duidelijk zichtbaar. Gebruik bij lage snelheden en een groot aantal palen.
- Impliciet - het ziet eruit als een ronde blanco, in de sleuf waarop de draden van de wikkelingen zijn gelegd. Gebruik bij hoge rotatiesnelheden (3000, 1500 tpm) en een klein aantal polen.
Synchrone motorstart
Een kenmerk van dit type elektrische machines is dat het niet zomaar op het netwerk kan worden aangesloten en wachten op de lancering. Bovendien is voor de werking van de LED niet alleen de bron van de bekrachtigingsstroom nodig, hij heeft ook een nogal gecompliceerd opstartcircuit.
Opstarten gebeurt zoals bij een inductiemotor, en om een startmoment te creëren wordt, naast de veldwikkeling, een extra kortsluitende "eekhoornkooi" -wikkeling op de rotor geplaatst. Het wordt ook wel een "dempende" wikkeling genoemd, omdat het de stabiliteit verhoogt bij plotselinge overbelasting.
De bekrachtigingsstroom in de rotorwikkeling bij het opstarten is afwezig en wanneer deze versnelt tot een subsynchrone snelheid (3-5% minder dan synchroon), wordt de bekrachtigingsstroom toegepast, waarna deze en de statorstroom oscilleren, de motor gaat synchroon en gaat naar de bedrijfsmodus.
Om de startstromen van krachtige machines te beperken, verminderen ze soms de spanning op de terminals van de statorwikkelingen door een autotransformator of weerstanden in serie aan te sluiten.
Terwijl de synchrone machine asynchroon start, worden weerstanden aangesloten op de veldwikkeling, waarvan de weerstand de weerstand van de wikkeling zelf 5-10 keer overschrijdt. Dit is nodig om te voorkomen dat de pulserende magnetische flux die ontstaat onder invloed van de stromen die tijdens het opstarten in de wikkeling worden opgewekt, de acceleratie niet vertraagt, en ook om de wikkelingen als gevolg van de erin opgewekte emf niet te beschadigen.
Keer bekeken
Er zijn veel soorten van dergelijke machines, het ontwerp van een synchrone wisselstroommotor met veldwikkelingen, zoals de meest voorkomende in productie, werd hierboven beschreven. Er zijn andere soorten, zoals:
- Synchrone motoren met permanente magneet. Dit zijn verschillende elektromotoren, zoals PMSM - synchrone permanentmagneetmotor, BLDC - borstelloze gelijkstroom en andere. Verschillen tussen die bestaan in de controlemethode en de vorm van de stroom (sinusoïdaal of trapeziumvormig). Ze worden ook borstelloze of borstelloze motoren genoemd.Gebruikt in werktuigmachines, radiografisch bestuurde modellen, elektrisch gereedschap, enz. Ze werken niet rechtstreeks vanuit gelijkstroom, maar via een speciale converter.
- Stappenmotoren - synchrone borstelloze motoren, waarbij de rotor precies de gespecificeerde positie vasthoudt, ze worden gebruikt om het werktuig in de CNC-machines te positioneren en om verschillende elementen van automatische systemen te bedienen (bijvoorbeeld de positie van de gasklep in de auto). Ze bestaan uit een stator, in dit geval bevinden zich excitatiewikkelingen erop en een rotor, die is gemaakt van magnetisch zacht of magnetisch hard materiaal. Structureel erg vergelijkbaar met de vorige typen.
- Reactief.
- Hysterese.
- Reactieve hysterese.
De laatste drie soorten LED's hebben ook geen borstels, ze werken door het speciale ontwerp van de rotor. Reactieve LED's onderscheiden drie van hun ontwerpen: een transversaal gelaagde rotor, een rotor met verschillende polen en een axiaal gelaagde rotor. Een uitleg van het principe van hun werk is vrij ingewikkeld en zal een groot bedrag kosten, dus we zullen het weglaten. Dergelijke motoren in de praktijk, zult u waarschijnlijk niet vaak tegenkomen. Dit zijn voornamelijk energiezuinige machines die worden gebruikt in automatisering.
Toepassingsgebied
Synchrone motoren zijn duurder dan asynchroon, daarnaast hebben ze een extra bron van gelijkstroombekrachtiging nodig - dit verkleint de reikwijdte van dit type elektrische machines gedeeltelijk. Synchrone elektromotoren worden echter gebruikt om mechanismen aan te drijven waar overbelasting mogelijk is en nauwkeurig onderhoud van stabiele omwentelingen vereist is.
Bovendien worden ze het vaakst gebruikt op het gebied van grote capaciteiten - honderden kilowatts en eenheden van megawatts, en tegelijkertijd zijn starten en stoppen vrij zeldzaam, dat wil zeggen dat de machines lange tijd de klok rond werken. Deze toepassing is te danken aan het feit dat synchrone machines met cos и phi in de buurt van 1 werken en reactief vermogen aan het netwerk kunnen leveren, wat de arbeidsfactor van het netwerk verbetert en het verbruik ervan vermindert, wat belangrijk is voor bedrijven.
Voor-en nadelen
Kortom, elke elektrische auto heeft zijn voor- en nadelen. De voordelen van een synchrone motor zijn:
- Werk met cosPhI = 1, als gevolg van respectievelijk excitatie door gelijkstroom verbruiken ze geen blindvermogen van het netwerk.
- Tijdens bedrijf, met overexcitatie, geven ze reactief vermogen aan het netwerk, waardoor de arbeidsfactor van het netwerk wordt verbeterd, de spanningsval en -verliezen erin en de CM van de generatoren van energiecentrales toeneemt.
- Het maximaal ontwikkelde moment op de schacht van de LED is evenredig met U en voor de AD - U² (kwadratische afhankelijkheid van spanning). Dit betekent dat de LED een goede laadcapaciteit en stabiliteit heeft, die behouden blijven tijdens een spanningsval in het netwerk.
- Als gevolg van dit alles is de rotatiesnelheid stabiel tijdens overbelasting en verzakking, binnen de overbelastingscapaciteit, vooral bij toenemende bekrachtigingsstroom.
Een belangrijk nadeel van een synchrone motor is echter dat het ontwerp ingewikkelder is dan dat van een asynchroon met een kortgesloten rotor; er is een bekrachtiger nodig, zonder welke deze niet kan werken. Dit alles leidt tot hogere kosten in vergelijking met asynchrone machines en moeilijkheden bij onderhoud en bediening.
Misschien eindigen de voor- en nadelen van synchrone motoren daar. In dit artikel hebben we geprobeerd algemene informatie over synchrone motoren samen te vatten. Als je iets hebt om het materiaal aan te vullen, schrijf dat dan in de comments.
Gerelateerde materialen:
Bezig met laden...
