Чем асинхронные электродвигатели отличаются от синхронных

Самые распространённые электродвигатели — трёхфазные машины переменного тока. Они есть двух видов — асинхронные и синхронные. В этой статье рассказывается в чём сходство и различие между машинами обоих типов и область их применения.

Принцип действия и устройство электромашин разных типов

Асинхронные и синхронные электродвигатели похожи по конструкции, но есть и отличия.

 

Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

Это самые распространённые машины переменного тока. Такие электродвигатели состоят из трёх основных частей:

• Корпус с подшипниковыми щитами и лапами или фланцем.
• В корпусе находятся магнитопровод из железных пластин с обмотками. Этот магнитопровод носит название статор.
• Вал с подшипниками и магнитпроводом. Эта конструкция называется ротор. В электродвигателях с короткозамкнутым ротором в магнитопроводе находятся соединённые между собой алюминиевые стержни, эта конструкция носит название «беличья клетка». В машинах с фазным ротором вместо стержней намотаны обмотки.

В пазах статора со сдвигом 120° намотаны три обмотки. При подключении к трёхфазной сети в статоре наводится вращающееся магнитное поле. Скорость вращения называется «синхронная скорость».

Справка! В однофазных электродвигателях вращающееся поле создаётся дополнительной обмоткой или конструктивными особенностями статора.

Это поле наводит ЭДС в роторе, возникающий при этом ток создаёт своё поле, взаимодействующее с полем статора и приводящее его в движение. Скорость вращения ротора меньше синхронной скорости. Эта разница называется скольжение.

Рассчитывается скольжение по формуле S=(n1-n2)/n1*100%, где: · n1 — синхронная скорость; · n2 — скорость вращения ротора.

Номинальная величи

на скольжения в обычных электромоторах 1-8%. При увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение и вращающий момент растут до критической величины, при достижении которой двигатель останавливается.

В электродвигателях с фазным ротором вместо беличьей клетки в пазах ротора намотаны три обмотки. Через токосъёмные кольца и щётки они подключаются к добавочным сопротивлениям. Эти сопротивления ограничивают ток и магнитное поле в роторе. Это увеличивает скольжение и уменьшает скорость двигателя.

Такие аппараты используются при тяжёлом пуске и в устройствах с регулировкой скорости, например, в мостовых кранах.

Принцип действия синхронных электродвигателей

Эти двигатели устроены сложнее и дороже асинхронных машин. Их достоинство в постоянной скорости вращения, не меняющейся при нагрузке.

Статор синхронной машины не отличается от асинхронной. Отличие в роторе. В отличие от асинхронного двигателя, вращение осуществляется за счёт взаимодействия вращающегося магнитного поля статора и постоянного поля ротора. Для его создания в роторе находятся электромагниты. Напряжение к катушкам подводится при помощи токосъёмных колец и графитных щёток.

Справка! В роторе синхронных машин малой мощности вместо электромагнитов установлены постоянные или просто магнитопровод имеет явновыраженные полюса. Скольжение, как в асинхронных машинах, отсутствует, и частота вращения определяется только частотой питающего напряжения.

Запуск электродвигателей

Асинхронные электрические машины мощностью до 30-50кВт запускаются прямой подачей электроэнергии. С двигателями большой мощности и синхронными машинами дело обстоит сложнее.

 

Пуск асинхронных двигателей большой мощности

Для запуска таких машин используются разные способы:

• Включение добавочных сопротивлений в цепь статора. Они ограничивают пусковой ток, а после разгона закорачиваются пускателем.
• В аппаратах, предназначенных для работы в сети с фазным напряжением 660 вольт обмотки в сети 380 вольт соединены треугольником. На время пуска они переключаются в звезду.
• В электромашинах с фазным ротором для запуска в цепь ротора включаются добавочные сопротивления. После разгона они закорачиваются.
• При наличии регулировки скорости, переключением обмоток или изменением частоты, двигатель включается на минимальные обороты. После начала вращения, обороты увеличиваются.

Пуск синхронных электромашин

В отличие от асинхронных машин, пуск которых производится взаимодействием поля статора и обмоток или беличьей клетки ротора, синхронную машину необходимо предварительно разогнать до скорости, близкой к синхронной.

• С помощью дополнительного асинхронного двигателя. Так запускаются машины с постоянными магнитами в роторе. При достижении скорости, близкой к синхронной, асинхронхронник отключается и подаётся напряжение в статор синхронного двигателя.
• Асинхронный пуск. В роторе, кроме электромагнита, находится «беличья клетка». С её помощью аппарат разгоняется, после чего в обмотку подаётся постоянное напряжение, и двигатель начинает работать в качестве синхронного.
• Обмотки ротора закорачиваются напрямую или через добавочное сопротивление. После разгона в них подаётся постоянное напряжение.
• При помощи ТПЧ (тиристорного преобразователя частоты) частота питающего напряжения и скорость вращения плавно поднимается до номинальной. Этот способ применяется в механизмах с регулировкой скорости.

Особенности и применение разных  видов электродвигателей

У каждого типа двигателей есть достоинства и недостатки по сравнению с другими. Это определяет область их применения. Применение разных типов электромашин зависит от их особенностей конструкции и принципа действия.

Достоинства и использование асинхронных электродвигателей

Такие машины имеют достоинства перед синхронными аппаратами:

• простота конструкции и низкая цена; аппараты с фазным ротором позволяют регулировать скорость вращения и осуществлять плавный пуск без использования преобразователей частоты;
• большое разнообразие мощностей — от нескольких ватт до десятков киловатт.

Кроме достоинств есть недостатки:

• падение скорости вращения при росте нагрузки;
• более низкий КПД и большие габариты, чем у синхронных аппаратов той же мощности;
• кроме активной, такие аппараты потребляют реактивную (индуктивную) мощность, что ведёт к необходимости устанавливать компенсаторы или дополнительно оплачивать реактивную электроэнергию.

Используются такие машины практически везде, где необходимо приведение в движение механизма и есть трёхфазное напряжение 380 вольт.

Применение синхронных машин

• Регулировка путём изменения тока возбуждения cos φ. Это позволяет уменьшить ток потребления, габариты и сечение подводящего кабеля, а также увеличить КПД. Кроме того, такие аппараты используются в качестве компенсаторов реактивной мощности.
• Менее чувствительны к колебаниям напряжения и обладают большей перегрузочной способностью, особенно к ударным нагрузкам. Способность к превышению мощности повышается путём перевозбуждения обмоток ротора. Благодаря этому такие двигатели используются в экскаваторах, гильотинных ножницах и других подобных механизмах.
• Частота вращения не меняется при изменения нагрузки. Поэтому синхронные машины применяются в прецизионных станках в металлургии, машиностроении и деревообатывающей промышленности.

Асинхронный двигатель, его плюсы и минусы

Асинхронный двигатель — электрическая машина переменного тока, отличается максимальным пусковым моментом, небольшими показателями пускового тока. Название асинхронного аппарата происходит от слова «неодновременный». Прибор обеспечивает частоту вращения ротора ниже частоты вращения магнитного поля. От классических модификаций с короткозамкнутыми роторами, агрегат отличается простотой конструкции и дешевизной изготовления.

Обзор конструкции

Три основные составляющие двигателя – ротор, статор и корпус. Кожух обеспечивает защитные функции, предупреждает повреждения на статоре и роторе. Также позволяет закрепить подвижную, стационарную часть асинхронной машины.

Статор размещен неподвижно в двигателе, содержит станину и магнитопровод. Под воздействием пресса магнитный проводник фиксируется к станине и формирует электромагнитное ядро. Магнитное поле, создаваемое в ядре, беспрерывно вращается. Тонкие листы магнитопровода выполнены из электротехнической листовой стали, крепление пластин способствует образованию пазов и зубцов статора. Шихтованный сердечник, выступающий дополнительным элементом статора, также создан из статорных пластин. Листы сердечника соединяются сваркой, прессом и кольцевыми шпонками – аналогично образован магнитопровод.

Обмотка ротора представлена короткозамкнутыми кольцами, внешне напоминающими колеса беличьих клеток. Включает латунные или медные стержни, приваренные к короткозамкнутым кольцам на торцах. Кольца вбиты в пазы. Статор и ротор разделен воздушной прослойкой.

Обмотка двигателей с фазным ротором в начале изолирована, концы припаяны к контактным кольцам, позволяющим подключить пуско-регулирующий реостат. Цепь ротора получает дополнительное сопротивление, дает возможность регулировать частоту вращения и уменьшения пусковых токов.

Ключевые преимущества

Преимущества эксплуатации асинхронных электродвигателей (АД) состоят в следующем:

• Возможность прямого подключения к питающей сети без пускорегулирующих приборов при коэффициенте загрузки ≈1.
• Самостоятельный запуск группы асинхронных двигателей одной или нескольких питающих секций при кратковременном обесточивании и последующем возобновлении питания под воздействием станционной автоматики.
• Простота обслуживания и эксплуатации, доступная цена, высокая надежность, определяющая широкое применение в промышленности с целью привода механизмов, устойчивых к перепадам электроэнергии, пусковых показателей, скольжения.
• Безотказная работа на участках, размещенных на высоте над уровнем моря 1 км, при диапазоне температур – 40°С и +40 °С, влажности воздуха при +25°С не более 98%, запыленности — 10 мг/м3.
• Способность принимать различные механические перегрузки без существенных изменений КПД или нарушения стабильности работы.
• Полная автоматизация работы.
• Отсутствие необходимости проводить сложное и дорогостоящее обслуживание.
• Асинхронным двигателем проводят комплектацию редукторов (червячных и цилиндрических). Механизм способствует уменьшению угловых скоростей вала и повышению крутящих моментов.
• Широкий выбор конструкций. В зависимости от типа обмотки, различают асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым и фазным ротором (с контактными кольцами).

По количеству используемых фаз устройства разделяют на одно-, двух-, трехфазные варианты.

Трехфазная обмотка обеспечивает лучшие пусковые характеристики и стабильную работу. Двухфазные электродвигатели оснащены двумя перпендикулярными обмотками статора, используемыми в однофазных сетях — одну обмотку соединяют напрямую с фазой, вторую питают фазосдвигающим конденсатором. Однофазный электродвигатель работает от пусковой катушки индуктивности, подключенной кратковременно через конденсатор к сети или замкнутой накоротко. Маломощные приборы выступают оптимальным вариантом для питания бытовых приборов.

Трехфазный асинхронный двигатель

Отрицательные характеристики асинхронного двигателя

АД обладает перечисленными ниже недостатками:

• Чувствительностью к перепадам напряжения.
• Высокими пусковыми токами при низких коэффициентах скольжений.
• Необходимостью использования преобразователей частоты, пусковых реостатов для улучшения характеристик электромотора.
• Небольшими показателями синхронной частоты вращения — не превышает 3000 об/мин. Для увеличения скорости потребуется редуктор или турбопривод.
• Сложной регулировкой производительности механизмов, вращающихся под воздействием асинхронного электродвигателя.

Асинхронные электродвигатели располагают приличной механической характеристикой. Несмотря на недостатки, они лидируют по показателям применения. Мощность двигателей серии АИР варьирует в пределах 0,06 и 400 кВт, высота оси вращения – 50-355 мм. Ток при максимальном напряжении — 0,55…5 А. КПД электродвигателя 66-83 %, что также является хорошим показателям для устройства с низкими эксплуатационными затратами.

Рекомендации по выбору устройства

Решив купить асинхронный электродвигатель, важно правильно определить обороты на выходе, мощность, посадочные параметры по лапам или габариты фланца, диаметр вала. Дополнительного внимания заслуживают стандарты моторов.

Зарубежные производители выпускают продукцию серии CENELEK, DIN и IEC, в отечественной промышленности также встречаются аналогичные стандарты. Например, под категорию DIN попадают двигатели: IMM, RA, РА, AIS, ИММ, Y2, М2АА, АИС. Ключевым отличием российских электромоторов стандарта ГОСТ от импортных устройств являются меньшие габариты.

Большинство потребителей отдает предпочтение европейским стандартам, благодаря разнообразному выбору. Также многие пользователи принципиально ищут импортные двигатели для использования в узкоспециальной среде: для постоянного тока, тельферов, приводов станков с ЧПУ. Однако отечественные электромоторы купить гораздо проще, в случае поломки не потребуется долгий поиск для замены деталей.

Разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем

Синхронный двигатель и асинхронный двигатель
 

Как асинхронные, так и синхронные двигатели представляют собой двигатели переменного тока, используемые для преобразования электрической энергии в механическую.

Подробнее об асинхронных двигателях

Основанные на принципах электромагнитной индукции, первые асинхронные двигатели были изобретены Николой Теслой (в 1883 г.) и Галилео Феррарисом (в 1885 г.) независимо друг от друга. Из-за своей простой конструкции и надежного использования, а также низких затрат на строительство и техническое обслуживание асинхронные двигатели были выбраны по сравнению со многими другими двигателями переменного тока для тяжелого оборудования и машин.

Конструкция и сборка асинхронного двигателя просты. Двумя основными частями асинхронного двигателя являются статор и ротор. Статор в асинхронном двигателе представляет собой ряд концентрических магнитных полюсов (обычно электромагнитов), а ротор представляет собой ряд замкнутых обмоток или алюминиевых стержней, расположенных подобно беличьей клетке, отсюда и название ротора с беличьей клеткой. Вал для передачи создаваемого крутящего момента проходит через ось ротора. Ротор размещен внутри цилиндрической полости статора, но электрически не связан с какой-либо внешней цепью. Для подачи тока на ротор не используется коммутатор, щетки или другой соединительный механизм.

Как и любой двигатель, он использует магнитные силы для вращения ротора. Соединения в катушках статора расположены таким образом, что противоположные полюса генерируются на противоположной стороне катушек статора. На начальном этапе создаются магнитные полюса, периодически смещающиеся по периметру. Это создает изменение потока на обмотках ротора и индуцирует ток. Этот индуцированный ток создает магнитное поле в обмотках ротора, а взаимодействие между полем статора и индуцированным полем приводит в движение двигатель.

Асинхронные двигатели предназначены для работы как с однофазными, так и с многофазными токами, последние предназначены для тяжелых машин, требующих большого крутящего момента. Скоростью асинхронных двигателей можно управлять, используя количество магнитных полюсов в полюсе статора или регулируя частоту входного источника питания. Скольжение, которое является мерой для определения крутящего момента двигателя, дает представление об эффективности двигателя. Обмотки короткозамкнутого ротора имеют небольшое сопротивление, в результате чего возникает большой ток, вызывающий небольшое скольжение в роторе; следовательно, он создает большой крутящий момент.

При максимально возможных условиях нагрузки скольжение для небольших двигателей составляет около 4–6 %, а для больших — 1,5–2 %, поэтому считается, что асинхронные двигатели имеют регулирование скорости и считаются двигателями с постоянной скоростью. Тем не менее, скорость вращения ротора меньше, чем частота входного источника питания.

Подробнее о синхронном двигателе

Синхронный двигатель — это другой основной тип двигателя переменного тока. Синхронный двигатель предназначен для работы без разницы в частоте вращения вала и частоте переменного тока источника; период вращения является целым кратным циклов переменного тока.

Существует три основных типа синхронных двигателей; двигатели с постоянными магнитами, гистерезисные двигатели и реактивные двигатели. В качестве постоянных магнитов на роторе используются постоянные магниты из неодима-бора-железа, самария-кобальта или феррита. Приводы с переменной скоростью, в которых статор питается от переменной частоты и переменного напряжения, являются основным применением двигателей с постоянными магнитами. Они используются в устройствах, которым требуется точное управление скоростью и положением.

Гистерезисные двигатели имеют сплошной гладкий цилиндрический ротор, отлитый из высококоэрцитивной магнитной «твердой» кобальтовой стали. Этот материал имеет широкую петлю гистерезиса, то есть, как только он намагничивается в заданном направлении, для обращения намагниченности требуется большое обратное магнитное поле в противоположном направлении. В результате гистерезисный двигатель имеет угол запаздывания δ, который не зависит от скорости; он развивает постоянный крутящий момент от запуска до синхронной скорости. Следовательно, он самозапускающийся и для его запуска не требуется индукционная обмотка.

Асинхронный двигатель и синхронный двигатель

• Синхронные двигатели работают на синхронной скорости (об/мин=120f/p), в то время как асинхронные двигатели работают на скорости ниже синхронной (об/мин=120f/p – скольжение), а скольжение почти равно нулю при нулевой крутящий момент нагрузки, и скольжение увеличивается с крутящим моментом нагрузки.

• Синхронным двигателям требуется постоянный ток для создания поля в обмотках ротора; асинхронные двигатели не обязаны подавать ток на ротор.

• Для синхронных двигателей требуются контактные кольца и щетки для подключения ротора к источнику питания. Асинхронные двигатели не требуют контактных колец.

• Для синхронных двигателей требуются обмотки в роторе, в то время как асинхронные двигатели чаще всего имеют проводящие стержни в роторе или используют короткозамкнутые обмотки, образующие «беличью клетку».

Разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем

25 ноября 2022 г.

Сравнение, база знаний

Существует несколько типов электродвигателей, каждый из которых имеет уникальные характеристики. Наиболее распространены 9 видов.0003 двигатели синхронные и асинхронные . У обоих есть преимущества и недостатки, поэтому важно понимать разницу между ними, прежде чем выбрать правильный для ваших нужд.

Содержание

Что такое синхронный двигатель?

Синхронный двигатель представляет собой устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую . Преобразование энергии происходит за счет взаимодействия магнитных полей. Конструкция синхронного двигателя очень похожа на конструкцию асинхронного двигателя.

Что такое асинхронный двигатель?

Асинхронный двигатель представляет собой электродвигатель переменного тока, в котором электрический ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, получается за счет электромагнитной индукции из магнитного поля обмотки статора. Ротор может быть как с обмоткой, так и с короткозамкнутым ротором.

В чем разница между синхронными и асинхронными двигателями?

• Ротор: Основное различие между синхронными и асинхронными двигателями заключается в том, что у первых ротор с постоянными магнитами, а у последних ротор с электромагнитами.
• Стоимость: Синхронные двигатели дороже асинхронных. Они также более эффективны и имеют лучший коэффициент мощности.
• Скорость: Скоростью синхронных двигателей можно управлять, изменяя ток возбуждения. С другой стороны, асинхронные двигатели более надежны и требуют меньше обслуживания .
• Использование s: Синхронные двигатели используются в приложениях, где требуется регулирование скорости , , например, в электрических часах, проигрывателях, ленточных накопителях и т. д. Они также используются в больших генераторах переменного тока. Асинхронные двигатели используются в промышленности, например, в насосах, вентиляторах, компрессорах и т. д.
• Области применения: Синхронные двигатели используются в приложениях, где требуется регулирование скорости, например, в электрических часах, проигрывателях, ленточных накопителях и т. д. Они также используются в больших генераторах переменного тока. Асинхронные двигатели используются в промышленных устройствах, таких как насосы, вентиляторы, компрессоры и т. д.
• Свойства: Синхронные двигатели дороже асинхронных. Они также более эффективны и имеют лучший коэффициент мощности.
• Конструкция: Синхронные двигатели имеют статор, который является неподвижной частью двигателя, и ротор, который является вращающейся частью. Статор имеет катушки обмотки, которые создают магнитное поле. Ротор имеет постоянных магнита или электромагнитов, которые взаимодействуют с магнитным полем статора для создания крутящего момента, который заставляет ротор вращаться.

Преимущества асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели имеют ряд преимуществ перед другими типами электродвигателей. Их:

•  Они более прочные и долговечные, чем другие электродвигатели, что делает их идеальными для тяжелых промышленных применений.
•  Асинхронные двигатели более эффективны, чем другие электродвигатели, что приводит к снижению эксплуатационных расходов.
•  Асинхронные двигатели запускаются автоматически, то есть для их запуска не требуется внешний источник питания.
•  Асинхронные двигатели относительно просты в обслуживании и ремонте.
•  Эти двигатели могут работают во влажной и сухой среде .

Недостатки асинхронных двигателей

Хотя асинхронные двигатели имеют много преимуществ, они также имеют некоторые недостатки. К ним относятся:

•  Асинхронные двигатели не так эффективны, как синхронные двигатели, а это означает, что они потребляют больше энергии и стоят дороже в эксплуатации.
• Асинхронные двигатели не такие мощные , как синхронные двигатели. Они непригодны для применения , требующий высокого уровня мощности.
•  Асинхронные двигатели сложнее , чем другие электродвигатели, что делает их более дорогими в производстве.
• Асинхронные двигатели менее эффективны, чем щеточные двигатели постоянного тока на низких скоростях , что делает их менее подходящими для приложений с точным регулированием скорости.

Какие существуют типы синхронных двигателей?

Три типа синхронных двигателей:

• Явнополюсный: Вращающееся поле создается полюсами, которые выступают из статора в воздушный зазор ротора . Эти двигатели используются для больших нагрузок, таких как компрессоры, насосы, вентиляторы, мельницы и т. д.
• Цилиндрический ротор: Вращающееся поле создается проводниками, встроенными в поверхность цилиндрического ротора. Эти двигатели используются для небольших нагрузок, таких как офисное оборудование, часы и т. д.
• Полый цилиндрический ротор: Вращающееся поле создается проводящей обмоткой, поддерживаемой внутренней рамой и расположенной в воздушном зазоре между статором и внешней рамой. Эти двигатели используются для больших нагрузок, таких как генераторы на гидроэлектростанциях.

Типы асинхронных двигателей

Существует два типа асинхронных двигателей:

• Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: Это наиболее распространенный тип асинхронного двигателя. В этом типе ротор состоит из цилиндра из стальных пластин с заделанными в него алюминиевыми или медными стержнями. Проводники закорочены.
• Асинхронный двигатель с контактными кольцами: Он имеет вращающийся набор изолированных обмоток, называемых контактными кольцами, на валу. внешний источник тока подается на ротор через эти контактные кольца. Поэтому он может развивать высокий пусковой крутящий момент.

Как работают синхронные двигатели?

Работа синхронного двигателя основана на принципе электромагнитной индукции. Когда электрический ток проходит через обмотку статора , он создает магнитное поле. Это магнитное поле взаимодействует с магнитным полем постоянных магнитов на роторе.

Как работают асинхронные двигатели?

Асинхронный двигатель представляет собой электродвигатель переменного тока, в котором ток в роторе (вращающаяся часть двигателя) индуцируется магнитным полем статора (неподвижной части двигателя). Статор содержит витка проводников, которых создают магнитное поле. Ротор также включает в себя катушки проводника, которые подвергаются воздействию магнитного поля статора. Когда ток протекает через катушки ротора, они намагничиваются и взаимодействуют с магнитным полем статора. Это взаимодействие создает крутящий момент, который заставляет ротор вращаться.