Пристрій і принцип дії синхронного двигуна
Принцип дії синхронного двигуна приблизнотакий же, як і у асинхронного. Але є кілька відмінностей, які мають ключове значення при виборі мотора для тієї чи іншої конструкції. У промисловості набули широкого поширення асинхронні машини - їх частка досягає 96% від загальної кількості електричних двигунів. Але це зовсім не говорить про те, що відсутні інші типи електричних агрегатів.
Відмінність від асинхронного мотора
Головна відмінність синхронної машини полягає втому, що швидкість обертання якоря така ж, як і аналогічна характеристика магнітного потоку. І якщо в асинхронних двигунах використовується короткозамкнений ротор, то в синхронних є на ньому дротова обмотка, до якої підводиться змінна напруга. У деяких конструкціях використовуються постійні магніти. Але це робить двигун дорожче.
Якщо збільшувати навантаження, що підключається до ротора,частота обертання його не зміниться. Це одна з ключових особливостей такого типу машин. Обов'язкова умова - у рухомого магнітного поля має бути стільки ж пар полюсів, скільки у електромагніту на роторі. Саме це гарантує постійну кутову швидкість обертання цього елемента двигуна. І вона не буде залежати від моменту, прикладеного до нього.
конструкція двигуна
Пристрій і принцип дії синхронних двигунів нескладні. Конструкція включає в себе такі елементи, як:
- Нерухома частина - статор. На ній знаходиться три обмотки, які з'єднуються за схемою «зірка» або «трикутник». Статор зібраний з пластин електротехнічної сталі з високим ступенем провідності.
- Рухома частина - ротор. На ньому теж є обмотка. При роботі на неї подається напруга.
Між ротором і статором є прошарокповітря. Вона забезпечує нормальне функціонування двигуна і дозволяє магнітному полю безперешкодно впливати на елементи агрегату. У конструкції присутні підшипники, в яких обертається ротор, а також клемна коробка, розташована у верхній частині мотора.
Як працює двигун
Якщо коротко, принцип дії синхронногодвигуна, як і будь-якого іншого, полягає в перетворенні одного виду енергії в інший. А конкретно - електричної в механічну. Працює мотор таким чином:
- На статорні обмотки подається змінна напруга. Воно створює магнітне поле.
- На обмотки ротора також подається змінна напруга, що створює поле. Якщо використовуються постійні магніти, то це поле вже за замовчуванням є.
- Два магнітних поля взаємно,протидіють один одному - одне штовхає інше. Через це рухається ротор. Саме він встановлений на шарикопідшипниках і здатний вільно обертатися, дати йому потрібно тільки поштовх.
От і все. Тепер залишається тільки використовувати отриману механічну енергію в потрібних цілях. Але потрібно знати, як правильно вивести в нормальний режим синхронний двигун. Принцип роботи у нього відрізняється від асинхронного. Тому потрібно дотримуватися певних правил.
Для цього електродвигун підключають до обладнання, яке необхідно привести в рух. Зазвичай це механізми, які повинні працювати практично без зупинок - витяжки, насоси та інше.
синхронні генератори
Зворотній конструкція - синхронні генератори. У них процеси протікають трохи інакше. Принцип дії синхронного генератора і синхронного двигуна відрізняються, але не суттєво:
- На обмотку статора не подається напруга. З неї воно знімається.
- На обмотку ротора подається змінна напруга, яке необхідно для створення магнітного поля. Споживання електроенергії вкрай маленьке.
- Ротор електрогенератора розкручується за допомогою дизельного або бензинового двигуна або ж силою води, вітру.
- Навколо ротора є магнітне поле, яке рухається. Тому в обмотці статора індукується ЕРС, а на кінцях з'являється різниця потенціалів.
Але в будь-якому випадку потрібно стабілізуватинапруга на виході генераторної установки. Для цього достатньо живити роторну обмотку від джерела, напруга якого постійно і не змінюється при коливаннях частоти обертання.
Полюси обмоток двигуна
У конструкції ротора є постійні або електричні магніти. Їх зазвичай називають полюсами. На синхронних машинах (двигунах і генераторах) індуктори можуть бути двох типів:
- Явнополюснимі.
- Неявнополюсними.
Вони розрізняються між собою тільки взаємнимрозташуванням полюсів. Для зменшення опору з боку магнітного поля, а також поліпшення умов для проникнення потоку, використовуються сердечники, виготовлені з феромагнетиків.
Ці елементи розташовуються як в роторі, так і встаторі. Для виготовлення використовуються тільки сорти електротехнічної сталі. У ній дуже багато кремнію. Це відмінна риса такого виду металу. Це дозволяє істотно зменшити вихрові струми, підвищити електричний опір сердечника.
вплив полюсів
В основі конструкції і принципу діїсинхронних двигунів лежить забезпечення впливу пар полюсів ротора і статора один на одного. Для забезпечення роботи потрібно розігнати індуктор до певної швидкості. Вона дорівнює тій, з якої обертається магнітне поле статора. Саме це дозволяє забезпечити нормальну роботу в синхронному режимі. У момент, коли відбувається запуск, магнітні поля статора і ротора взаємно перетинаються. Це називається «вхід в синхронізацію». Ротор починає обертатися зі швидкістю, як у магнітного поля статора.
Запуск електродвигунів синхронного типу
Найскладніше в роботі синхронного двигуна - цейого запуск. Саме тому його використовують вкрай рідко. Адже конструкція ускладнюється за рахунок системи запуску. Протягом довгого часу робота синхронного двигуна залежала від розгінного асінхроннікі, механічно з'єднаний з ним. Що це означає? Другий тип двигуна (асинхронний) дозволяв розігнати ротор синхронної машини до підсинхронних частоти. Звичайні асінхроннікі не вимагають спеціальних пристроїв для запуску, досить тільки подати робоча напруга на обмотки статора.
Після того, як буде досягнута необхіднашвидкість, відбувається відключення розгінного двигуна. Магнітні поля, які взаємодіють в електричному моторі, самі виводять його на роботу в синхронному режимі. Для розгону потрібно інший двигун. Його потужність повинна становити приблизно 10-15% від аналогічної характеристики синхронної машини. Якщо потрібно вивести в режим електродвигун 1 кВт, для нього буде потрібно розгінний мотор потужністю 100 Вт. Цього цілком достатньо, щоб машина змогла працювати як в режимі холостого ходу, так і з незначним навантаженням на валу.
Більш сучасний спосіб розгону
Вартість такої машини виявлялася набагато вище. Тому простіше використовувати звичайний асинхронний мотор, нехай і багато у нього недоліків. Але саме його принцип роботи і був використаний для зменшення габаритів і вартості всієї установки. За допомогою реостата проводиться замикання обмоток на роторі. В результаті двигун стає асинхронним. А запустити його виявляється набагато простіше - просто подається напруга на обмотки статора.
Під час виходу на підсинхронних швидкістьможливо розгойдування ротора. Але це не відбувається за рахунок роботи його обмотки. Навпаки, вона виступає в якості успокоителя. Як тільки частота обертання буде достатньою, проводиться подача постійної напруги на обмотку індуктора. Двигун виводиться в синхронний режим. Але такий спосіб можна втілити тільки в тому випадку, якщо використовуються мотори з обмоткою на роторі. Якщо там застосовується постійний магніт, доведеться встановлювати додатковий розгінний електродвигун.
Переваги та недоліки синхронних двигунів
Основна перевага (якщо порівнювати засинхронними машинами) - за рахунок незалежного харчування роторної обмотки агрегати можуть працювати і при високому коефіцієнті потужності. Також можна виділити такі переваги, як:
- Знижується струм, споживаний електродвигуном, збільшується ККД. Якщо порівнювати з асинхронним двигуном, то ці характеристики у синхронної машини виявляються краще.
- Момент обертання прямо пропорційний напрузіживлення. Тому навіть якщо знижується напруга в мережі, здатність навантаження виявляється набагато вище, ніж у асинхронних машин. Надійність пристроїв такого типу істотно вище.
Але ось є один великий недолік - складнаконструкція. Тому при виробництві і наступних ремонтах витрати виявляться вище. Крім того, для харчування обмотки ротора обов'язково потрібна наявність джерела постійного струму. А регулювати частоту обертання ротора можна тільки за допомогою перетворювачів - вартість їх дуже висока. Тому синхронні мотори використовуються там, де немає необхідності часто вмикати або вимикати агрегат.
