принцип работы и устройство (фото)

Синхронный электродвигатель – электрическая установка, действующая от сети переменного и постоянного тока. Синхронная машина улучшает коэффициент мощности. Данные моторы используются довольно часто в электрической системе, потому что они подходят для любой сети напряжения и обладают высокими экономическими данными.

Область применения

• конвейеры,
• мощные вентиляторы,
• мельницы,
• эксгаустеры,
• компрессоры,
• дробилки,
• прокатные станки.

Преимущества и недостатки

Синхронный электродвигатель имеет сложнее структуру, чем асинхронный, но обладает некоторыми достоинствами.

Главным положительным качеством данных агрегатов является способность поддерживать оптимальный режим реактивной энергии. Из-за автоматического регулирования силы тока двигателя, он работает, не употребляя, не давая реактивную энергию, значение коэффициента мощности равняется 1. Если нужна реактивная энергия, она будет производиться синхронным мотором.

Данным двигателям не страшны перебои в сети, которой равен их максимальный момент. А значение критического момента равно квадрату напряжения.

Агрегат выдерживает большую перегрузку, которую можно еще увеличить автоматически повышением тока при необходимости непродолжительной нагрузки на вал. Он имеет постоянную скорость вращения независимо от нагрузки.

Трехфазный синхронный двигатель дороже обычного асинхронного из-за сложного механизма и особого устройства.

Еще недостатком оказывается надобность в постоянном источнике энергии, функции которого выполняет выпрямитель или специализированный возбудитель.

Устройство электродвигателя

Синхронный мотор имеет две основные части — статор и ротор. Неподвижная часть называется статором, а подвижный элемент ротором.

Однофазный двигатель с короткозамкнутым ротором, расположенным в статоре или снаружи в двигателях обращенного вида. В основе ротора — постоянные магниты. Материал магнитов имеет высокую коэрцитивную силу. Полюсы ротора могут быть явно и неявно выраженными. Синхронный двигатель с короткозамкнутым ротором бывает с магнитами на поверхности или с уже встроенными.

Статор представлен корпусом и сердечником, состоящим из двухфазных и трехфазных обмоток. Обмотка бывает распределенная и сосредоточенная. У распределенной насчитываются пазы полюса и фазы Q= 2,3.

У сосредоточенной обмотки пазы полюса и фазы Q=1. Пазы размещены на одинаковом расстоянии на окружности неподвижной части двигателя. Катушки статора соединяются последовательно или параллельно. Такие обмотки не могут влиять на форму кривой ЭДС. Электродвижущая сила имеет трапецеидальную и синусоидальную форму. У явно выраженного полюса форма ротора и наводимая электродвижущая сила проводника является трапециевидной формы (а). При необходимости создания синусоидальной ЭДС, полюсные наконечники приобретают другую форму, где величина кривой распределения индукции близкая синусоидальной. Осуществление возможно благодаря наличию скосов на наконечнике полюса ротора.

Ротор синхронного двигателя переменного тока: а — явно выраженный полюс, 6 — неявно выраженный полюс.

Неявно выраженные полюса обладают равной индуктивностью продольных и поперечных осей, а явно выраженные полюса имеют одинаковую величину поперечной и продольной индуктивности (б).

Принцип действия

Принцип действия электрической машины переменного тока: 1 — статор, 2 — ротор.

У однофазного двигателя отсутствует пусковой момент. При подключении обмотки якоря к сети переменного тока, ротор неподвижен, в обмотку возбуждения поступает постоянный ток, за время одного изменения напряжения, два раза происходит смена направления электромагнитного момента. Значение среднего момента равняется нулю. Ротор разгоняется посредством внешнего момента до вращающейся частоты, которая приближается к синхронности.

Из-за высокого значения коэффициента мощности обеспечивается снижение потребления электричества, уменьшаются потери. В сравнении с асинхронным механизмом с такой же мощностью, синхронный двигатель имеет КПД выше. Так как крутящийся момент аналогичен напряжению сети. Даже снижение напряжения не влияет на нагрузочную способность. Что свидетельствует о надежности механизма.

Тип подключения делится на однофазный и трехфазный. Синхронные агрегаты чаще бывают трехфазными. При положении проводников трехфазного двигателя в определенной геометрической позиции появляется электромагнитное поле, которое вращается с одновременной скоростью. При имении магнита во вращающемся поле, они замыкают, крутятся параллельно. Двигатель можно назвать нерегулируемым, так как его скорость постоянная.

Пуск электродвигателя

Существует два способа пуска синхронной машины.

1. Асинхронное включение

Схема пуска на основе глухо подключенного возбудителя, применима для статистического момента нагрузки менее 0,4, без падений напряжения.

Асинхронный пуск с помощью трансформатора

В обмотке возбуждения замыкается сопротивление разряда, избегая тем самым перебои возбуждения обмотки на впуске, потому как на небольшой скорости вращения ротора возникают перенапряжения. Если скорость приближается к синхронной, реагирует контактор, а обмотка возбуждения переключается из разрядного сопротивления на якорь возбудителя.

2. Применение тиристорного возбудителя

Возбуждение, осуществляемое при помощи электромагнитного реле

Пуск с тиристорным возбудителем более надежный, обладает высоким КПД. Легче становится управление возбуждением, напряжение шин, остановка в аварийном режиме. Во многих моделях электродвигателей установлены тиристорные возбудители. Подача возбуждения работает автоматически функцией скорости и тока.

Синхронный компенсатор

Упрощенная конструкция для холостого хода называется компенсатором.

Потребление электричества, помимо активной мощности, нуждается в реактивной мощности. Генератор вырабатывает реактивную мощность с минимальными затратами. Переход реактивной мощности генератора связан с потерями на линии передач. Поэтому применение компенсаторов является обоснованным экономически. При возбуждении синхронные двигатели не используют напряжение сети, а при перевозбуждении отдают реактивную мощность.

Синхронный электродвигатель применяется в сети переменного и постоянного тока, обеспечивая высокую надежность работы. Этот двигатель улучшит коэффициент мощности предприятия.

устройство, принцип работы, режимы работы, пуск

Синхронные электродвигатели (СД) не так распространены, как асинхронные с короткозамкнутым ротором. Но используются там, где нужен большой крутящий момент и в процессе работы будут происходить частые перегрузки. Также такой тип двигателей используются там, где нужна большая мощность, чтобы приводить в движение механизмы, благодаря высокому коэффициенту мощности и возможности улучшать коэффициент мощности сети, что существенно снизит затраты на электроэнергию и нагрузку на линии. Что такое синхронный двигатель, где он используется и какие у него плюсы минусы мы рассмотрим в этой статье.

Устройство

Конструктивно синхронный электродвигатель состоит из неподвижного элемента, подвижной части, обмоток различного назначения, может комплектоваться коллекторным узлом. Далее рассмотрим каждую составляющую синхронного агрегата более детально на рабочем примере (рисунок 1).

Рис. 1. Устройство синхронного электродвигателя

• Статор или якорь – выполняется из электротехнической стали монолитным или наборным из шихтованного железа. Предназначен для размещения рабочей обмотки, проводит силовые линии электромагнитного поля, формируемого протекающими токами.
• Обмотка на статоре – изготавливается из медных проводников, в зависимости от типа статора синхронного электродвигателя может выполняться различными методами, способами намотки и расположения проводников. Применяется для подачи напряжения питания и формирования рабочего магнитного потока.
• Ротор с обмоткой возбуждения – предназначен для взаимодействия с магнитным полем статора. В результате подачи напряжения на обмотку возбуждения в роторе электродвигателя создается собственное магнитное поле, задающее состояние вращающегося элемента.
• Вал – используется для передачи вращательного усилия от электродвигателя к подключаемой к нему нагрузке. В большинстве случаев это основание, на котором крепиться шихтовка или полюса ротора, подшипники, кольца, пластины и другие вспомогательные элементы.
• Контактные кольца – применяются для подачи питания на обмотки ротора, но устанавливаются не во всех моделях синхронных агрегатов. Питание производиться через специальный преобразователь переменного напряжения в постоянное.
• Корпус – предназначен для защиты от воздействия внешних факторов, обеспечивает синхронному двигателю достаточную прочность и герметичность, в зависимости от условий его эксплуатации.

Принцип работы

В основе работы синхронного электродвигателя лежит взаимодействие магнитного потока, генерируемого рабочими обмотками с постоянным магнитным потоком. Наиболее распространенной моделью синхронной электрической машины является вариант с рабочей обмоткой на статоре и обмоткой возбуждения на роторе.

Рис. 2. Принцип действия синхронного электродвигателя

Как видите на рисунке 2 выше, в обмотку статора подается трехфазное напряжение из сети, которое формирует переменное магнитное поле. На обмотки ротора электродвигателя подано постоянное напряжение, которое индуцирует такой же постоянный магнитный поток у полюсов. Для наглядности рассмотрим процесс на упрощенной модели синхронного агрегата (рисунок 3).

Рис. 3. Принцип формирования потоков в синхронной электрической машине

При подаче питания на фазные витки статора электродвигателя первый пик амплитуды тока и ЭДС взаимоиндукции приходиться на фазу A, затем B и фазу C.

На графике показана периодичность чередования кривых в зависимости от времени:

• в точке 1 максимальная ЭДС EA формирует максимальный поток, а электродвижущие силы фаз EB и EC равны между собой и противоположны по знаку, они дополняют результирующую силу.
• в точке 2 пика достигает ЭДС EB, а электродвижущие силы фаз EA и EC становятся равны между собой и противоположны по знаку, они дополняют результирующую силу, в результате чего магнитное поле совершает вращательное движение.
• в точке 3 максимум приходиться на ЭДС EC, а электродвижущие силы фаз EB и EA вместе дополняют результирующую силу и снова смещают вектор поля по часовой стрелке.

Оборот поля статора происходит в течении периода, а за счет того, что ротор обладает собственным электромагнитным усилием постоянным во времени, то он синхронно следует за движением переменного магнитного поля, вращаясь вокруг заданной оси. В результате такого вращения происходит синхронное движение ротора вслед за сменой амплитуды ЭДС в витках рабочих обмоток, за счет этого явления электродвигатель и получил название синхронного. Наличие отдельного питания отразилось и на схематическом обозначении таких электрических машин (рисунок 4) в соответствии с ГОСТ 2.722-68.

Рис. 4. Схематическое обозначение синхронного электродвигателя

Пуск синхронного двигателя

Особенностью этого вида электрических машин является то, что его нельзя просто подключить к сети и ожидать его запуска. Кроме того, что для работы СД нужен не только источник тока возбуждения, у него и достаточно сложная схема пуска.

Запуск происходит как у асинхронного двигателя, а для создания пускового момента кроме обмотки возбуждения на роторе размещают и дополнительную короткозамкнутую обмотку «беличью клетку». Её еще называют «демпфирующей» обмоткой, потому что она повышает устойчивость при резких перегрузках.

Ток возбуждения в обмотке ротора при пуске отсутствует, а когда он разгоняется до подсинхронной скорости (на 3-5% меньше синхронной), подаётся ток возбуждения, после чего он и ток статора совершает колебания, двигатель входит в синхронизм и выходит на рабочий режим.

Для ограничения пусковых токов мощных машин иногда уменьшают напряжение на зажимах обмоток статора, подключив последовательно автотрансформатор или резисторы.

Пока синхронная машина запускается в асинхронном режиме к обмотке возбуждения подключаются резисторы, сопротивление которых превышает сопротивление самой обмотки в 5 — 10 раз. Это нужно чтобы пульсирующий магнитный поток, возникающий под действием токов, наводимых в обмотке при пуске, не замедлял разгон, а также чтобы не повредить обмотки из-за индуцируемыми в ней ЭДС.

Отличие от асинхронного двигателя

Основным отличием синхронного электродвигателя от асинхронного заключается в принципе преобразования электрической энергии в механическое вращение. У синхронного электродвигателя процесс вращения ротора идентичен вращению рабочего электромагнитного поля, вырабатываемого трехфазной сетью. А вот у асинхронного рабочее поле самостоятельно наводит ЭДС в роторе, которая уже затем вырабатывает собственный поток взаимоиндукции и приводит вал во вращение. В результате чего асинхронные электрические машины получают разность во вращении рабочего поля и нагрузки на валу, что выражается физической величиной – скольжением.

В работе классические модели асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором:

• плохо переносят перегрузки;
• имеют сложности пуска со значительным усилием;
• меняют скорость вращения, в зависимости от нагруженности рабочего органа.

В некоторой степени эти недостатки преодолевает асинхронный двигатель с фазным ротором, но в полной мере избавиться от недостатков получается лишь синхронному агрегату.

Рис. 5. Отличие асинхронного от синхронного электродвигателя

Разновидности

В современной промышленности и бытовых приборах синхронные электродвигатели используются для решения самых разнообразных задач. Как результат, существенно разнятся и их конструктивные особенности. На практике выделяют несколько критериев, по которым разделяются виды синхронных агрегатов. В соответствии с ГОСТ 16264.2-85 могут подразделяться по таким техническим характеристикам:

• питающему напряжению;
• частоте рабочего напряжения;
• количеству оборотов.

В зависимости от способа получения поля ротора выделяют такие типы синхронных электродвигателей:

• С обмоткой возбуждения на роторе – синхронизирующее усилие создается за счет подачи питания от преобразователя.
• С магнитным ротором – на валу устанавливается постоянный магнит, выполняющий те же функции, что и обмотка возбуждении, но без необходимости подпитки (см. рисунок 6).

Рис. 6. Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами
С реактивным ротором — конструкция выполнена таким образом, что в его сердечнике происходит преломление магнитных линий, приводящее всю конструкцию в движение (см. рисунок 7). Под воздействием силового поля поперечные и продольные составляющие в роторе не равны за счет чего пластины поворачиваются вслед за полем.

Рис. 7. Пример реактивного ротора

В зависимости от наличия полюсов все синхронные электродвигатели можно подразделить на:

• явнополюсные – в конструкции четко видны обособленные полюса с обмотками, применяются для малых скоростей;
• неявнополюсные – полюс не выделяется, такие модели устанавливают для высоких скоростей;

В зависимости от расположения рабочих обмоток различают прямые (на статоре) и обращенные (рабочие обмотки на роторе).

Механическая и угловая характеристика

В силу особенностей, присущих синхронному двигателю, значение его момента не зависит от оборотов вращения. Это свойство привода определяет его назначение и сферу применения. Технические качества приводного оборудования для конфигурирования электропривода оцениваются зависимостью частоты вращения мотора от электромагнитного момента, развиваемого им. Эта зависимость известна как механическая характеристика синхронного двигателя. Она может быть статической или динамической. Первая показывает поведение СД в стабильном рабочем режиме. Вторая характеризует его работу в переходный период.

Качество механических характеристик оценивается жесткостью. Относительно этого параметра все характеристики делятся на идеально жесткие, жесткие и мягкие. В связи с тем, что частота вращения ротора синхронного двигателя под нагрузкой не меняется, этот тип электромоторов обладает идеально жесткой характеристикой, что выражается формулой:

n = 60*f1/p,

где f1

– частота тока статора;

p –

число пар полюсов статорной обмотки.

Но зависимость n = f (M)

не отражает полного поведения мотора, в котором при увеличении нагрузки происходит смещение осей поля индуктора и якоря. Каждой нагрузке соответствует определенный угол между их осями. Уравнение угловой характеристики:

Mэм = Mmax*sin θ

Это формула, выражает приблизительную зависимость момента на валу от угла вылета ротора. В реальных условиях максимальному моменту соответствует угол, несколько меньший, чем 90˚. При этом перегрузочная способность СД равна: λм = Мmax/MN = 2–3.

Режимы работы

Большинство электрических машин обладают обратимой функцией, не составляют исключения и синхронные агрегаты. Их также можно использовать в качестве электрического привода или в качестве генератора, вырабатывающего электроэнергию. Оба режима отличаются способом воздействия на электрическую машину – подачу напряжения на рабочие обмотки или приведение в движение ротора за счет механического усилия.

Генераторный режим

Для производства электроэнергии в сеть используются именно синхронные генераторы. В большинстве случаев для этой цели используются электрические машины с фазными обмотками на статоре, что существенно упрощает процесс съема мощности и дальнейшей передачи ее в сеть. Физически генерация происходит при воздействии электромагнитного поля обмотки возбуждения синхронного генератора с обмотками статора. Силовые линии поочередно пересекают фазные витки и наводят в них ЭДС взаимоиндукции, в результате чего на клеммных выводах возникает напряжение.

Частота получаемого напряжения напрямую зависит от скорости вращения вала и вычисляется по формуле:

f = (n*p)/60 ,

где n – скорость вращения вала, измеряемая в оборотах за минуту, p – количество пар полюсов.

Синхронный компенсатор

В виду физических особенностей синхронного электродвигателя при холостом ходе аппарата он потребляет из сети реактивную мощность, что позволяет существенно улучшить cosφ системы, практически приближая его к 1.На практике режим синхронного компенсатора используется как для улучшения коэффициента мощности, так и для стабилизации параметров напряжения сети.

Двигательный режим

В синхронной машине двигательный режим осуществляется при подаче рабочего трехфазного напряжения на обмотки якоря. После чего электромагнитное поле якоря начинает толкать магнитное поле ротора, и вал приходит во вращение. Однако на практике двигательный режим осуществляется не так просто, так как мощные агрегаты не могут самостоятельно набрать необходимый ресурс скорости. Поэтому во время запуска используют специальные методы и схемы подключения.

Рабочий процесс

Синхронный двигатель это электротехническое устройство, работающее на основе закона электромагнитной индукции. Принцип работы и устройство СД предусмотрены из условия практического применения этого физического явления. Магнитное поле создается трехфазной обмоткой, размещенной в пазах статорного пакета аналогично цепи асинхронной машины. На роторе размещена обмотка возбуждения, питаемая постоянным током. Питание к ней подводится через щетки и кольца. Постоянный ток, протекающий по возбуждающей обмотке, взаимодействует с вращающимся полем индуктора, что вызывает круговое движение вала. Вращающий момент зависит от токовой нагрузки и не зависит от скорости. Вот почему этот тип привода называется синхронный электродвигатель, то есть частота оборотов якоря равна скорости поля индуктора.

После запуска синхронный двигатель переменного тока вращается одновременно с магнитным потоком. СД не может запускаться с помощью только питающей сети. Это объясняется инерционностью роторного блока и высокой скоростью вращающегося поля. Схема включения маломощной машины предусматривает использование пусковых (демпферных) обмоток, с которыми она работает как синхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (то есть реализуется асинхронный пуск). В случае мощных электроприводов пуск производится вспомогательным электромотором или преобразователем частоты.

Наибольшее распространение получил асинхронный пуск, предусматривающий устройство дополнительной КЗ-обмотки. В этом случае синхронный двигатель с короткозамкнутым ротором запускается аналогично асинхронному эл/двигателю. Вследствие таких действий роторный механизм разгоняется до скорости вращающегося магнитного потока. Если синхронный электродвигатель нагружается, расстояние между полюсами якоря и поля увеличивается. Как результат, якорный механизм отстает на нагрузочный угол, что соответствует отставанию от своего положения на холостом ходу.

Устройство и принцип действия синхронного двигателя предусматривают эксплуатацию привода с постоянной скоростью, которая не зависит от нагрузки. СД не рассчитан на нагрузку, величина которой превышает пусковую мощность между роторным механизмом и магнитным потоком. В противном случае синхронизм прерывается, и работа синхронного двигателя останавливается.

Способы пуска и схемы подключения

Для запуска синхронного электродвигателя требуется дополнительное поле, независимое от воздействия сети. В то же время, на стартовом этапе запуск представляет собой асинхронный процесс, пока агрегат не достигнет синхронной скорости.

Рис. 8. Схема пуска синхронного двигателя

При подаче напряжения на якорь возникает ток в его обмотках и генерация ЭДС в железе ротора, который обеспечивает асинхронное движение до того момента, пока не начнется питание обмоток возбуждения.

Еще одним распространенным вариантом пуска является использование дополнительных генераторов, которые могут располагаться на валу или устанавливаться отдельно. Такой метод обеспечивает дополнительное стартовое усилие за счет стороннего крутящего момента.

Рис. 9. Генераторный способ пуска синхронного двигателя

Как видите на рисунке 9, начальное вращение мотора М осуществляется за счет генератора G, который призван вывести устройство на подсинхронную скорость. Затем генератор выводится из рабочей цепи путем размыкания контактов КМ или автоматически при установке рабочих характеристик. Дальнейшее поддержание синхронного режима происходит за счет подачи постоянного напряжения в обмотку возбуждения.

Помимо этого на практике используется схема пуска с полупроводниковыми преобразователями. На рисунке 10 приведен способ тиристорного преобразователя и с установкой вращающихся выпрямителей.

Рис. 10. Тиристорная схема пуска синхронного двигателя

В первом случае запуск синхронного электродвигателя характеризуется нулевым напряжением от преобразователя UD. a b c Готтлиб, Ирвинг М. (1997). Практическое руководство по электродвигателю, 2-е изд . США: Ньюнес. С. 73–76. ISBN 978-0-7506-3638-4.

Майкл А. Лоутон (2003), «19.2.5 Нежелание моторс», инженер —электрик в справочник
, Newnes, стр. 19/8, ISBN 978-0-7506-4637-6

Mehri, Darius (18 сентября 2000). «Ремни подъемные характеристики» . DesignNews.com
. Архивировано из оригинального 29 июня 2013 года . Дата обращения 10 мая 2016 .

Р. Ислам; И. Хусейн; А. Фардун; К. Маклафлин. «Конструкции магнитов синхронного двигателя с постоянным магнитом с перекосом для пульсации крутящего момента и уменьшения крутящего момента» . Отраслевые приложения, транзакции IEEE на. 2009. doi : 10.1109 / TIA.2008.2009653

↑
Ки-Чан Ким; Сеунг-Бин Лим; Дэ-Хён Ку; Джу Ли. Конструкция формы постоянного магнита для синхронного двигателя с постоянным магнитом с учетом частичного размагничивания » . Magnetics, IEEE Transactions on. 2006. doi : 10.1109 / TMAG. 2006.879077

П. Пиллэй; Р. Кришнан. «Характеристики применения синхронных и бесщеточных двигателей постоянного тока с постоянными магнитами для сервоприводов» . Отраслевые приложения, транзакции IEEE на. 1991. doi : 10.1109 / 28.90357 цитата: «Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) и бесщеточный двигатель постоянного тока (BDCM) имеют много общего; у них обоих есть постоянные магниты на роторе, и для создания постоянного крутящего момента требуются переменные токи статора».

↑
Y. Honda; Т. Накамура; Т. Хигаки; Ю. Такеда. «Соображения по конструкции двигателя и результаты испытаний синхронного двигателя с внутренним постоянным магнитом для электромобилей» . Конференция по отраслевым приложениям, 1997. Тридцать второе ежегодное собрание IAS, IAS ’97., Протокол конференции IEEE 1997 года. 1997. DOI : 10,1109 / IAS.1997.643011

↑
М.А. Рахман; Пинг Чжоу. «Анализ бесщеточных синхронных двигателей с постоянными магнитами» . Промышленная электроника, транзакции IEEE on. 1996. doi : 10.1109 / 41.491349

Хассанпур Исфахани, Arash; Ваез-Заде, Садех (ноябрь 2009 г.). «Линейные синхронные двигатели с постоянными магнитами: проблемы и возможности». Энергия
.
34
(11): 1755–1763. DOI : 10.1016 / j.energy.2009.04.022 .

Suman, K .; Suneeta, K .; Сасикала, М. (09.09.2020). Асинхронный привод с прямым управлением крутящим моментом с пространственно-векторной модуляцией, питаемый от трехуровневого инвертора . Публикация конференции IEEE
. С. 1–6. DOI : 10,1109 / PEDES.2012.6484405 . ISBN 978-1-4673-4508-8. S2CID 25556839 . Проверено 23 сентября 2020 .

Ван, Чжэн; Чен, Цзянь; Ченг, Мин; Чау, КТ (09.09.2020). «Полевое управление и прямое управление крутящим моментом для приводов PMSM с питанием от параллельных VSI с переменной частотой переключения» . IEEE Transactions по силовой электронике
.
31
(3): 2417–2428. DOI : 10.1109 / TPEL.2015.2437893 . S2CID 19377123 . Проверено 23 сентября 2022 . a b Никбахт, Масуд; Лиаси, Саханд Гасеминеджад; Аббасзаде, Карим; Маркаде, Голамреза Араб (09.09.2020). Усовершенствованная стратегия прогнозирующего управления моделью для управления PMSM с уменьшением пульсаций крутящего момента и магнитного потока . Публикация конференции IEEE
. С. 1–6. DOI : 10,1109 / PEDSTC49159.2020.9088489 . ISBN 978-1-7281-5849-5. S2CID 218564540 . Проверено 23 сентября 2020 .

Кумар, Раджеш; Гупта, РА; Бансал, Аджай Кр. (09.09.2020). Идентификация и управление PMSM с помощью искусственной нейронной сети . Публикация конференции IEEE
. С. 30–35. DOI : 10.1109 / ISIE.2007.4374567 . ISBN 978-1-4244-0754-5. S2CID 35896251 . Проверено 23 сентября 2020 .

Х.Э. Джордан, Энергоэффективные
электродвигатели
и их применение
, стр. 104, Springer, 1994 ISBN 0-306-44698-7

«Синхронный двигатель с постоянным магнитом» . en.engineering-solutions.ru
. Проверено 2 июля 2022 .

«Скорость двигателя» . a b Стандарт IEEE 141-1993 Рекомендуемая практика для распределения электроэнергии на промышленных предприятиях
стр. 227-230

Джерри К. Уитакер, Справочник по системам питания переменного тока
, стр. 192, CRC Press, 2007 ISBN 0-8493-4034-9 .

Леду, Курт; Visser, Paul W .; Хулин, Дж. Дуайт; Нгуен, Хиен (май 2015 г.). «Пуск больших синхронных двигателей в слабых энергосистемах» . IEEE Transactions по отраслевым приложениям
.
51
(3): 2676–2682. DOI : 10.1109 / tia.2014.2373820 . ISSN 0093-9994 .

Дэвид Финни, Система привода переменного тока с переменной частотой
, стр. 32, IEE, 1988 ISBN 0-86341-114-2 .

Nevelsteen, J .; Арагон, Х. (1989). «Пуск больших двигателей — методы и экономика». IEEE Transactions по отраслевым приложениям
.
25
(6): 1012–1018. DOI : 10.1109 / 28.44236 . ISSN 0093-9994 .

Перейти
↑ Schaefer, RC (1999). «Управление возбуждением синхронного двигателя». а б Дубей Г. К. Основы электроприводов
. Нароса, издательство ченнаи. п. 254.

Пиллаи, С. К. Первый курс по электрическим приводам
(второе изд.). Новый век интернэшнл. п. 25.

Применение

Область применения синхронных электрических машин охватывает производство электрической энергии на электростанциях. По видам генераторы подразделяются на турбинные, дизельные и гидравлические, в зависимости от способа приведения их во вращение.

Также их используют в качестве электродвигателей, которые могут переносить существенные перегрузки в процессе эксплуатации. Такие двигатели устанавливаются на вентиляторах, компрессорах, силовых агрегатах и прочем оборудовании. Отдельная категория электродвигателей применяется в точном оборудовании, где важна синхронизация операций и процессов.

Содержание

• 1 Тип 1.1 Невозбужденные двигатели 1.1.1 Реактивные двигатели
• 1.1.2 Гистерезисные двигатели
• 1.1.3 Двигатели с постоянными магнитами

1. 2 Двигатели с возбуждением постоянным током

2 Методы управления

3 Синхронная скорость

3.1 Примеры

4 Строительство

5 Эксплуатация

6 Способы запуска

7 Области применения, особые свойства и преимущества

7.1 Использование в качестве синхронного конденсатора

7.2 Предел устойчивости установившегося состояния

7.3 Другое

8 подтипов

9 См. Также

10 Ссылки

11 Внешние ссылки

Преимущества и недостатки

К преимуществам такого электродвигателя следует отнести:

• высокий cosφ, приближающийся по величине к 1, что в значительной мере превосходит асинхронные электродвигатели;
• более высокая механическая прочность за счет особенностей конструкции электродвигателя;
• зависимость момента вращения от напряжения линейная, а не квадратичная, поэтому колебания электродвигателя пропорционально снижаются;
• на валу электродвигателя присутствует постоянная скорость, не зависящая от прикладываемой нагрузки;
• может применяться для уменьшения реактивной составляющей в сети.

Среди недостатков синхронных электродвигателей выделяют:

• сложную конструкцию;
• более сложный пуск;
• необходимость использования вспомогательных устройств и блоков;
• такие электродвигатели сложнее регулировать по числу оборотов;
• ремонт и обслуживание также обойдется дороже, чем асинхронные электродвигатели.

Принцип работы синхронного двигателя и его характеристики

Синхронный двигатель

mplgmg 2 августа 2017 г.

Основной характеристикой и принципом работы синхронного двигателя является постоянная скорость. Это также достигается за счет создания внутри этого двигателя постоянного магнитного поля. Магнитное поле синхронного двигателя аналогично вращающемуся магнитному полю асинхронного двигателя. Это магнитное поле генерируется статором, а часть ротора создает постоянное магнитное поле. Трехфазное питание применяется к этому синхронному двигателю, и это вызывает вращающееся магнитное поле внутри статора, который вращается с синхронной скоростью. В синхронном двигателе часть ротора возбуждается источником питания постоянного тока, поэтому он действует как постоянный магнит.

Конструкция синхронного двигателя

Основной конструкцией синхронной машины являются статор и роторная часть двигателя.

Статор – Статорная часть синхронной машины имеет трехфазные распределительные обмотки или источник переменного тока. Статорная часть синхронной машины очень похожа на асинхронную машину. Эта обмотка также известна как обмотка якоря

. Ротор . Роторная часть этой машины имеет обмотку постоянного тока, известную как обмотка возбуждения. Эта обмотка обычно питается от внешнего постоянного тока через токосъемные кольца. Часть ротора синхронной машины также можно разделить на две подкатегории, такие как цилиндрический ротор (используется для высокоскоростных машин). Явнополюсный ротор (используется для низкоскоростных машин).

Этот синхронный генератор состоит из двух основных частей, таких как обмотка возбуждения и обмотка якоря.

Обмотки синхронных машин.

Обмотка возбуждения – Эта обмотка состоит из вращающейся части обмотки, создающей основное магнитное поле в машине.

Обмотка якоря – Обмотка якоря представляет собой обмотку, в которой индуцируется основное напряжение

Основной принцип работы синхронного двигателя

Части статора и ротора располагаются в синхронном двигателе с помощью магнита. Так ротор будет вращаться с той же скоростью вращающегося магнитного поля (RMF) обмотки статора синхронного двигателя. Таким образом, ротор также работает с синхронной скоростью. Обычно синхронные двигатели предназначены для работы на синхронной скорости. Уравнение вращательного магнитного поля синхронного двигателя может иметь следующий вид.

n _м =         скорость вращения магнитного поля синхронной машины (об/мин)

f _e          =          электрическая частота/подача частоты (Гц)

P          =          количество полюсов в машине

Обычно синхронные двигатели не самозапускающийся двигатель. Для обеспечения самозапуска синхронного двигателя в роторную часть двигателя вставляется короткозамкнутая конструкция. После установки беличьей клетки в синхронный двигатель он запускается как асинхронный двигатель. При вращении ротора на синхронной скорости относительная скорость вращения магнитного поля и короткозамкнутого ротора равна нулю.

Зачем использовать синхронные двигатели

Основное преимущество синхронных двигателей заключается в том, что они могут работать с постоянной скоростью. Его скорость мало зависит от нагрузки, приложенной к этому двигателю. Этот двигатель также обладает высокой эффективностью и может использоваться в профессиональных приложениях. Синхронная машина используется в приложениях большой мощности из-за ее уникальных особенностей. Таких, как регулируемый коэффициент мощности, более высокий КПД при эксплуатации и его надежность.

Применение синхронного двигателя

Синхронный двигатель также имеет те же характеристики, что и генератор переменного тока. Применение синхронного двигателя иногда используется для улучшения коэффициента мощности системы. Существует широкий спектр приложений, используемых в электротехнике, таких как.

Насосы на электростанциях. Таймеры и электрические часы. В фрезерных станках. Используется для коррекции коэффициентов мощности в крупных отраслях промышленности. Использование в качестве нефтеперерабатывающих заводов.

Синхронный двигатель возбужденного оборудования. Полюса ротора этой машины возбуждаются постоянным током, а часть статора подключается к источнику переменного тока. Здесь мы обсудили принцип работы синхронного двигателя, конструкцию и применение синхронного двигателя. В будущем мы планируем предоставить больше информации о других типах двигателей, а также о синхронных двигателях.

Предыдущая статья

Типы заземления системы электроснабжения 0001

В электрической машине есть два типа двигателей, которые работают с переменным током (AC), т. е. асинхронный двигатель и синхронный двигатель.

Основные вопросы на собеседовании для Cloud E…

Пожалуйста, включите JavaScript

Основные вопросы на собеседовании для инженеров по облачным вычислениям: советы соискателям

Асинхронный двигатель широко известен как асинхронный двигатель. Кроме того, он делится на два типа: 1-фазный асинхронный двигатель и 3-фазный асинхронный двигатель. И синхронный двигатель также имеет два типа, то есть двигатели без возбуждения и двигатели с возбуждением постоянного тока (обсуждается ниже).

В этой части мы обсудим только синхронный двигатель.

Содержание

Что такое синхронный двигатель?

Синхронный двигатель представляет собой электродвигатель переменного тока, в котором скорость вращения ротора равна скорости вращения поля в машине. Синхронный двигатель работает с синхронной скоростью (т. е. Ns= ​​120f/P). Следует отметить, что синхронный двигатель является трехфазным двигателем, и его частота остается постоянной, благодаря чему он получает синхронизированную скорость (постоянную скорость).

Тем не менее, он не используется широко, так как имеет различные свойства, которые не удовлетворяют большого спроса.

Конструкция синхронного двигателя

Синхронный двигатель представляет собой электрическую машину, которая работает с синхронной скоростью (постоянной скоростью) и преобразует электрическую энергию в механическую. В основном это генератор переменного тока, работающий как двигатель. Существуют основные части синхронного двигателя (например, генератор переменного тока). Вот эти две части:

(i) Статор

Статор представляет собой цилиндрический сердечник с несколькими пазами, в которые вставлена ​​трехфазная обмотка якоря. Каждый зазор или поверхность сердечника изолированы, чтобы предотвратить протекание вихревых токов. Обмотка якоря в статоре также получает питание от трехфазной сети.

(ii) A Ротор

Ротор представляет собой вращающуюся часть синхронной машины, проще говоря, стержневого типа. Он возбуждается источником постоянного тока. Скорость вращения ротора равна скорости магнитного поля. В синхронном двигателе ротор можно разделить на две части: явнополюсный и неявнополюсный. (a) Ротор с явно выраженными полюсами

Здесь катушка возбуждения соединена последовательно с двумя скользящими крыльями. Явные полюса возбуждаются постоянным током, чтобы сформировать чередующиеся полюса N и полюса S. В обмотки подается постоянный ток. Постоянный ток подается от внешнего возбудителя, установленного на валу ротора. Статор намотан таким образом, что полюсов будет столько же, сколько полюсов ротора.

Синхронная скорость двигателя будет зависеть от количества полюсов:

Синхронная скорость, Ns = 120f/P

Где,

• f  = частота питания в Гц
• P= количество полюсов

Обратите внимание, что синхронный двигатель не запускается самостоятельно, поэтому для его запуска требуются внешние средства.

(b) Ротор с неявнополюсными роторами

Роторы с неявнополюсными роторами имеют цилиндрическую форму с параллельными пазами, на которых можно разместить обмотки ротора. Для изготовления этого типа ротора используется твердая сталь.

Эквивалентная электрическая схема

Принцип работы синхронной машины

Синхронный двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора. Неподвижная часть – это статор, а вращающаяся часть – это ротор.

Обе части «возбуждены вдвойне». Двойное возбуждение означает, что для создания одного механического выхода требуется два электрических входа. Проще говоря, есть два набора входных клемм для создания механического выхода.

Давайте теперь разберемся с принципом работы трехфазного синхронного двигателя, показанного на рисунке ниже:

• На приведенном выше рисунке показан трехфазный синхронный двигатель с двумя полюсами ротора, а именно NR и SR. Также два полюса, а именно NS и SS, намотаны для статора. Теперь к обмотке ротора приложено постоянное напряжение, а к обмотке статора – 3-х фазное.
• После подачи питания обмотка статора создаст вращающееся магнитное поле, которое будет вращаться вокруг части статора с синхронной скоростью, т. е. Ns (= 120 f/P). Однако постоянный ток (или ток нулевой частоты), подаваемый в ротор, создает постоянное магнитное поле. Таким образом, в этот момент возникают две ситуации: полюса статорной обмотки, которая вращается (т. е. НС — СС), и пара полюсов ротора, которые находятся в неподвижном состоянии (т. е. НР — СР).
• Допустим, статор дал с 3-х фазным питанием. Теперь вокруг статора будет вращаться магнитное поле. При этом ротор находится в стационарном состоянии.
• На рисунке () Когда полюс статора находится в положениях A и B, ротор будет двигаться против часовой стрелки. Это связано с тем, что в этот момент статор и ротор испытывают один и тот же полюс (т. Е. NS и NR встречаются в одной точке), создавая силу отталкивания и, таким образом, заставляя ротор двигаться в направлении против часовой стрелки.
• Через некоторое время полюса в положениях A и B поменяются местами. Теперь, в этот момент, ротор будет стремиться двигаться в том же направлении, что и поле статора (то есть по часовой стрелке). Это связано с тем, что статор и ротор будут иметь противоположные полюса, что приведет к возникновению силы притяжения и заставит ротор двигаться в направлении поля статора.
• В результате из-за высокой инерции ротора ротор не может двигаться ни по часовой стрелке, ни против часовой стрелки из-за силы отталкивания и силы притяжения. Следовательно, синхронный двигатель не может запуститься сам по себе, поскольку в нем не создается момент самозапуска.

Как сделать синхронный двигатель самозапускающимся?

Мы знаем, что синхронный двигатель не может быть запущен сам по себе. Но можно сделать синхронный двигатель самозапускающимся, изменив его конструкцию. Теперь, чтобы обеспечить самозапуск синхронного двигателя, в роторной части предусмотрена обмотка с короткозамкнутым ротором (также известная как демпферная обмотка).

При пуске катушки возбуждения ротора обесточены. когда на статор подается трехфазный переменный ток, вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, индуцируется в демпферной обмотке (беличьей клетке), заставляя ротор двигаться, как асинхронный двигатель. Это связано с тем, что скорость как поля ротора, так и поля статора будет разной.

Когда ротор достигает синхронной скорости, ротор возбуждается постоянным током. В этот момент противоположная полярность статора и ротора будет иметь магнитное притяжение между ними. Полюса ротора и статора будут заблокированы. Таким образом, делая скорость поля ротора равной скорости поля статора.

Теперь, когда скорость ротора синхронизирована благодаря магнитной блокировке, в операции не будет срезания магнитного потока. Таким образом, в демпферной обмотке не будет индуцированного тока. Следовательно, действие беличьей клетки в конце концов устранено.

Примечание: Важно, чтобы возбуждение ротора постоянным током производилось в нужный момент. Вот почему дуга спроектирована в начале, чтобы определить, когда должно произойти возбуждение. Возбуждение той же полярности может привести к сильному механическому удару.

Типы синхронных двигателей

В зависимости от того, как намагничивается ротор, синхронные двигатели можно разделить на два основных типа: двигатели без возбуждения и двигатели постоянного тока с возбуждением.

1. Двигатели без возбуждения

В двигателях без возбуждения ротор изготавливается из стали с высоким сохраняющим свойством, например из кобальтовой стали. При синхронной скорости ротор вращается за счет вращающегося магнитного поля почти постоянно. Возможно, его намагничивание нужно производить с помощью внешнего поля статора.

Электродвигатели без возбуждения бывают трех различных типов, а именно:

(a) с постоянным магнитом
(b) с реактивным сопротивлением и
(c) с гистерезисом

Полную информацию об их трех типах можно прочитать здесь.

2. Двигатель с возбуждением постоянным током

В двигателе с возбуждением постоянным током питание подается на обмотку статора от внешнего источника постоянного тока. Поле создается в обмотке статора и, таким образом, происходит возбуждение ротора. Этот тип двигателя имеет большие размеры, которые могут составлять более одной лошадиной силы или одного киловатта.

Почему синхронный двигатель выходит из синхронизма?

Синхронный двигатель вышел из синхронизма из-за некоторых из следующих факторов:

• Перегрузка мотора
• Низкое поставляемое напряжение
• Низкое напряжение возбуждения

Применение

1. Синхронные моторы используются для улучшения регуляции Voltage в линии трансмиссии.
2. В основном используется для низких скоростей (< 300 об/мин), имеет высокий КПД и может быть отрегулирован до единичного коэффициента мощности.
3. Используется для мощных преобразователей электроники на очень низкие частоты, которые работают на сверхнизкой скорости. Некоторыми примерами являются приводные дробилки, шаровые мельницы с регулируемой скоростью и вращающиеся печи.

Преимущества

• Возможность регулирования коэффициента мощности.
• Независимо от нагрузки скорость синхронного двигателя остается постоянной.