Что такое синхронный двигатель и асинхронный: Отличие синхронного от асинхронного двигателя

Содержание

Асинхронные и синхронные электродвигатели | Статьи компании «Мир Привода»

Главным назначением данных агрегатов является преобразование электрической энергии в механическую, что позволяет задействовать массу различных механизмов и устройств.

Чтобы понять, чем отличается синхронный электродвигатель от асинхронного аналога, нужно иметь определенное представление о работе агрегатов. В основе лежит создание индукции магнитных полюсов посредством вращающегося ротора и неподвижного статора. Датчик положения ротора посылает все необходимые данные для регуляции в соответствии с фазами напряжения.

Главное различие асинхронных и синхронных электродвигателей заключается в устройстве ротора, который представляет собой постоянный или электрический магнит, а если быть точнее — в принципе создания полюсов:

  • при помощи индукции;
  • при помощи катушек или постоянных магнитов.

Преимущества и недостатки синхронных и асинхронных электродвигателей переменного тока:

  • Синхронные модели — высокая надёжность и КПД, стабильная частота вращения, не зависящая от нагрузки, простота обслуживания.
    Минусом можно считать некоторую сложность запуска двигателя, а также необходимость питания обмотки постоянным током. В моделях некоторых производителей часто выходят из строя коллекторы и щётки.
  • Асинхронные аналоги — низкое потребление энергии, простота конструкции, эксплуатация в бытовых приборах с использованием однофазного подключения. Главный минус заключается в больших тепловых потерях и сложности регулировки.

Конструктивные особенности

Стоит обратить внимание на конструктивные отличия синхронного электродвигателя и асинхронного двигателя.

В состав синхронной конструкции, которая используется и как двигатель, и как генератор, входят следующие детали:

  • подшипниковый узел;
  • сердечник;
  • магниты, индуктор и якорь с обмоткой;
  • втулка;
  • стальная тарелка.

Стоит добавить, что некоторые новые модели обладают короткозамкнутой пусковой обмоткой, которая позволяет запускать агрегат в асинхронном режиме.

Асинхронные аналоги бывают двух типов (с короткозамкнутым и фазным ротором) и состоят из следующих деталей:

  • сердечника и магнитопровода;
  • вентилятора с кожухом;
  • подшипника;
  • клеммной коробки и тройной обмотки;
  • контактных колец.

Данная разновидность обладает большей популярностью, поскольку позволяет регулировать частоту вращения вала с помощью реостатов.

Принципиальные отличия синхронного и асинхронного двигателя

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОТЛИЧИЯ СИНХРОННОГО И АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Электродвигатели бывают двух основных типов - синхронные и асинхронные. В данной статье будут рассмотрены принцип действия, положительные и отрицательные стороны данных двигателей.

На статоре (1) асинхронного двигателя находится фазная обмотка (2), при подключении к сети в этой обмотке протекают токи, имеющие сдвиг во времени по 120 электрических градусов, которые создают вращающиеся магнитное поле [2].

Вращающиеся магнитное поле перемещается в пространстве и индуктирует электродвижущие силы, как в собственной обмотке, так и в обмотке ротора (3). В роторе образуется электродвижущая сила и в обмотке начинают протекать токи. При взаимодействии этих токов с потоком создаётся вращающийся момент. Под действием этого момента ротор начинает вращаться по направлению поля.

Структурная схема асинхронного двигателя представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Асинхронная машина.

Асинхронный электрический двигатель широко используется в качестве привода в деревообработке и металлообработке, а также в ткацкой промышленности, для швейного, кузнечнопрессового, грузоподъемного и других видов оборудования. Применяются они и в бытовой технике различного назначения, например, в холодильниках, стиральных машинах, электромясорубках, кондиционерах и т.п.

Синхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой равна частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре [1].

Главными элементами такой электрической машины являются якорь (1) и индуктор (2), которые отделены друг от друга воздушной прослойкой. Якорь, как правило, располагается на статоре (3), а индуктор на роторе (4). Принцип работы основан на взаимодействии сформированного магнитного поля в якоре, при подаче на его обмотки (5) переменного электрического тока, с магнитным полем индуктора.

Структурная схема синхронной машины представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Синхронная машина.

Синхронный агрегат может функционировать в двух режимах:

как собственно электродвигатель;

как генератор.

Первый режим работы предполагает взаимодействие магнитного поля, формирующегося на якоре, и поля, которое образуется на полюсах индуктора. Синхронная машина в режиме генератора функционирует за счет электромагнитной индукции: в процессе вращения ротора магнитное поле, которое формируется на обмотке, по очереди взаимодействует с фазами обмотки на статоре, вследствие чего образуется электродвижущая сила.

Двигатели с синхронным типом действия способны развивать мощность до 20 тысяч кВт, что очень важно для приведения в действие исполнительных механизмов мощных обрабатывающих станков в машиностроении и других отраслях производства. Синхронные электрические двигатели с успехом используются в качестве источников реактивной мощности в узлах нагрузки для поддержания стабильного уровня напряжения.

Синхронные электродвигатели отличаются от асинхронных гораздо большей мощностью и полезной нагрузкой. Изменения тока возбуждения позволяет регулировать в них нагрузку. В отличие от асинхронных двигателей в синхронных при ударных нагрузках сохраняется постоянство частоты вращения, что позволяет их использовать в различных механизмах металлургической и металлообрабатывающей промышленности.

Список использованной литературы:

Антонов М. В., Герасимова Л. С. Технология производства электрических машин. - М., 1982.

Кацман М.М. Электрические машины: Учебник для студентов средних профессиональных учебных заведений. 2001.

Д.В. Шашихин, Е.П. Пахомов, 2017

УДК 004.4'2


Д.В. Шашихин, Е.П Пахомов, Электромеханический факультет Южно - Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова Г. Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация

вращаться магнитный пол, образоваться электродвижущий сила, представить рисунок рисунок, формироваться обмотка очередь, пол формироваться обмотка, магнитный пол формироваться, очередь взаимодействовать фаза, взаимодействовать фаза обмотка, ротор магнитный пол, обмотка очередь взаимодействовать,
магнитный пол формироваться обмотка, ротор магнитный пол формироваться, вращение ротор магнитный пол, пол формироваться обмотка очередь, формироваться обмотка очередь взаимодействовать, очередь взаимодействовать фаза обмотка, обмотка очередь взаимодействовать фаза, процесс вращение ротор магнитный, индукция процесс вращение ротор, режим генератор функционировать счет,



Количество показов: 3463


Услуги и решения

Синхронные электродвигатели

Заводы производители синхронных электродвигателей:

Элсиб, WEG, VEM, Силовые машины - завод Реостат, ELSIB, Русэлпром

Серии двигателей: ДС, ДСЗ, СД2, СДН, СДНЗ, СДС, СДМ, СДВ, СДП, СДР, IE4, P21R, Wmagnet

 

Применение

Синхронный электродвигатель (СД) – это устройство, работающее в сети переменного тока. У синхронной машины частота вращения ротора соответствует частоте вращения магнитного поля. При выборе электродвигателя необходимо проконсультироваться с заводом производителем. 

СД используются, где пуск и остановка происходят достаточно редко (конвейеры и т.д.), то есть двигатели работают круглосуточно достаточно долгое время. Работа в таких условиях объясняется тем, что синхронные двигатели работают с cos φ приближенном к 1, и могут выдавать реактивную мощность в сеть, в результате чего улучшается коэффициент мощности сети и снижается её потребление, что важно для предприятий.

Синхронные электродвигатели нашли широкое применение в металлургической и металлообрабатывающей промышленности, на объектах нефтедобычи, на насосных станциях городских водоканалов, в целлюлозно­бумажной промышленности и других отраслях.

Применение синхронных двигателей для привода:

  • мощных вентиляторов
  • мельниц
  • конвейеров
  • эксгаустеров
  • компрессоров
  • дробилок

 

Цена на синхронные электродвигатели зависит от типа двигателя, а также от:

  • Параметров мощности
  • Габарита двигателя(высоты оси вращения)
  • Конструктивных особенностей

 

Преимущества синхронных электродвигателей:

  • возможность регулирования реактивного тока
  • скорость вращения стабильна при перегрузках и просадках, в пределах перегрузочной способности
  • устойчивость к колебаниям сетевого напряжения, а также хорошая нагрузочная способность

 

Устройство синхронного двигателя

 

Принцип действия СД основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора, которое обычно создаётся трёхфазным переменным током и постоянного магнитного поля ротора.

Синхронный электродвигатель состоит из двух основных частей:

  • Статора (якорь) – в этой части двигателя расположены обмотки
  • Ротора (индуктор) – в этой части СД устанавливают обмотку возбуждения или постоянные магниты.

Чем отличается синхронный электродвигатель от асинхронного? Главное отличие в роторе двигателя - синхронный двигатель имеет в наличии обмотки на якоре, а асинхронный не имеет.

 

 

Типы синхронных электродвигателей 

  

 

   

Отличия асинхронных двигателей от синхронных

Применение электродвигателей в различных отраслях промышленности и быта широко распространено, в связи с экономичностью и простотой подключения и обслуживания. Для различных механизмов, применяются двигатели разной мощности и устройства. В этой статье рассмотрим, чем отличается синхронный двигатель от асинхронного, в каких механизмах они применяются и как правильно выбрать тип электрического мотора.

 

Асинхронные двигатели

Как и любые электрические двигатели, асинхронные моторы представляют собой устройства, которые создают крутящий момент при помощи преобразования электрического тока. Если говорить простыми словами, асинхронный двигатель – это электромотор с неравнозначной частотой вращения ротора и магнитного поля. Магнитное поле ротора в таких устройствах всегда вращается с меньшей частотой, чем поле статора.

Строение асинхронного двигателя в целом аналогично с синхронным. Он состоит из:

  • Цилиндрического статора из металлических пластин с пазами для обмотки;
  • Фазного либо короткозамкнутого ротора;
  • Подвижных и неподвижных деталей корпуса, таких как вал, подшипники, вентилятор охлаждения, электрического оборудования.

Используется тип двигателя асинхронный в различных приводах как в промышленности, так и быту. Например, для обеспечения работы конвейеров, подъемных механизмов кранов и экскаваторов, деревообрабатывающих станков и других механизмов, как крупногабаритных, так и небольших бытовых.

Обслуживание и ремонт такого типа электромоторов не требует больших затрат, однако, для трансформации крутящего момента и понижения частоты вращения необходимо использовать редуктора различной сложности, часто с большим передаточным числом.

 

Синхронные двигатели

Основное отличие синхронного двигателя от асинхронного в том, что частота вращения магнитных полей при его работе совпадает, то есть является синхронной. Для синхронизации частот вращения используется дополнительный источник постоянного питания, что делает конструкцию синхронного электродвигателя сложнее и частично ограничивает сферу применения такого вида машин. Кроме того, работа такого типа двигателя возможна только с использованием частотного преобразователя.

В сфере применения, электродвигатели синхронные – это промышленные моторы большой мощности, которые используются в различных промышленных устройствах и оборудовании, где необходима повышенная мощность и возникают перегрузки.

Важной особенностью такого типа электромоторов является то, что при работе с перегрузкой устройство отдает часть реактивной мощности в сеть, что способствует повышению мощности, компенсирует падение мощности.

Синхронные двигатели бывают также таких типов:

  • Гистерезисные двигатели используются в точных механизмах для создания вращения. Например, в звукозаписи, медицинском оборудовании, машиностроении
  • Шаговые электродвигатели применяются в точных приборах и механизмах, таких как, например, станки с числовым программным обеспечением.

 

Преимущества и недостатки синхронных и асинхронных электродвигателей

Что бы определить, какой двигатель лучше синхронный или асинхронный, необходимо рассмотреть сферу применения этих устройств.

Асинхронные двигатели дешевле в производстве и не требуют дополнительного питания и устройства для запуска, в отличии от синхронных, поэтому, их использование более распространено. Кроме того, подключение и обслуживание таких двигателей также стоит дешевле, как и их производство.

Синхронные двигатели, кроме повышенной мощности, обладают еще одним важным преимуществом – возможностью генерации низкой частоты вращения без использования дополнительных передач в редукторах. При этом, мощность на выходном валу остается неизменной. Синхронный двигатель имеет повышенный коэффициент полезного действия, более полно трансформируя электрическую энергию в крутящий момент.

Однако, синхронные двигатели имеют и недостатки. Кроме того, что требуется дополнительное питание и оборудование запуска, в таком типе электродвигателей происходит быстрый износ подвижных токосъемных деталей, таких как щётки и контактные кольца. Для замены изношенного оборудования требуются средства, что еще более увеличивает стоимость использования синхронных моторов.

Кроме того, настройка и обслуживание синхронных двигателей имеет ряд особенностей и требует более глубоких знаний технических особенностей.

 

Какой тип двигателя выбрать

При выборе типа электрического двигателя следует учитывать такие факторы:

  • Сферу применения и оборудование, которое приводится в движение электродвигателем;
  • Стоимость оборудования и его обслуживания;
  • Тип преобразующего редуктора, применяемого для понижения скорости вращения;
  • Тип питания и электрической сети.

Учитывая эти факторы и принимая во внимание расчет механизма, можно подобрать тип двигателя, который будет обеспечивать бесперебойную работу устройства, максимально экономить электроэнергию и обеспечивать необходимую мощность.

При использовании любого вида электрических двигателей стоит помнить, что срок их службы зависит от соблюдение технического регламента при подключении, настройке и последующему обслуживанию такого оборудования. При нарушении технических требований электродвигатель выйдет из строя, несмотря на его преимущества и надежность.

 

Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного

На сегодняшний день асинхронные электродвигатели более распространены, однако они не универсальны. В некоторых ситуациях их использование нельзя считать эффективным решением производственных задач. В таких ситуациях промышленное применение синхронных двигателей считается более оправданным. В чем же разница между синхронными и асинхронными двигателями? 

Под электродвигателем в целом понимается электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую при помощи ротора. Такое устройство применяется в различных промышленных механизмах.

Ключевое отличие синхронного и асинхронного двигателей заключается в принципе работы. Синхронный двигатель состоит из ротора и стартера. На роторе имеется обмотка возбуждения, на которую подается постоянный ток. Таким образом, формируется магнитное поле ротора. На стартере, в свою очередь, также имеется обмотка,  формирующая свое магнитное поле только уже посредством подачи переменного тока. Частота вращения ротора синхронна частоте подаче тока, отсюда и название двигателя. Характерной особенностью синхронного электродвигателя является способность поддерживать номинальные обороты вне зависимости от мощности нагрузки.

Асинхронный электродвигатель работает по иному принципу. На роторе такого механизма обмотка отсутствует. Вместо нее находятся соединенные стержни. Ротор такого плана называется «беличья клетка». Он не питается током, а полюса на нем индуцируются магнитным полем статора.  Под влиянием механической нагрузки частота вращения рамки меньше частоты вращения магнита, то есть частоты не синхронны.  

Следует учитывать, что отличить синхронный двигатель от асинхронного по внешним признакам невозможно. Статоры этих механизмов устроены одинаково. Кроме того, функция этих типов электродвигателей одна и та же — создание вращающегося магнитного поля статора. Единственное весомое отличие асинхронного и синхронного двигателей – устройство ротора.

Выбирая между синхронным и асинхронным электродвигателем необходимо отталкиваться от производственных задач. В случаях, когда для работы требуется поддержание постоянных оборотов при различных нагрузках предпочтительнее использовать синхронные двигатели. К примеру, в строительных кранах или гильотинных ножницах. Надо сказать, что асинхронные двигатели в промышленности распространены гораздо больше. Ими оснащены всевозможные станки, транспортеры, вентиляторы, насосы, словом, любое оборудование со стабильной нагрузкой. В их работе снижение оборотов при повышенной нагрузке не является критичным отклонением.  

Важное отличие синхронных двигателей – дороговизна. Производство таких механизмов имеет более высокую стоимость, поэтому приобретение и дальнейшее обслуживание также потребует больших вложений.

Выводы:

  1. Асинхронный и синхронный двигатели отличаются принципом работы.
  2. В синхронном двигателе частота вращения ротора соответствует частоте подаче тока.
  3. Синхронный двигатель может поддерживать номинальные обороты при любой нагрузке, асинхронный – нет.
  4. Асинхронные двигатели в промышленности распространены гораздо больше, чем синхронные.
  5. Синхронные двигатели дороже, чем асинхронные.

Синхронные и асинхронные генераторы. Отличия и особенности.

Синхронные и асинхронные генераторы. Отличия и особенности

 

Эта статья будет посвящена такому вопросу как «различия между синхронными и асинхронными генераторами». Казалось бы вопрос довольно простой и не требует детального разбирательства, можно открыть учебник физики и все прочесть, да и в интернете должно быть много информации. Все верно, но учебник физики есть не у всякого, а в интернете слишком много противоречивой информации.

Различные сайты размещают у себя противоречивые определения одного и того же.

В этой статье мы дадим точное, максимально полное и понятное описание.

Про то, что такое электростанция, генератор и двигатель Вы уже прочти или же можете прочесть в статье на нашем сайте, которая так и называется: «Что такое генератор/электростанция».

Первое определение синхронного генератора будет техническим, а второе более практическим. Первое поможет понять устройство и принцип его работы, а второе применить знания и точнее определиться с типом генератора, который Вам необходим.

Синхронный генератор

I. Синхронный генератор – механизм, работающий в режиме генерации энергии, в котором частота вращения магнитного поля  стартора равна частоте вращения ротора. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, которое пересекая обмотку стартера, наводит в ней ЭДС.

В синхронном генераторе ротор выполнен в виде постоянного магнита или электромагнита. Число полюсов ротора может быть два, четыре и т.д., но ОБЯЗАТЕЛЬНО кратно двум. В бытовых электростанция чаще всего применяют ротор с двумя полюсами. Именно этим объясняется частота вращения двигателя электростанции – 3000 об/мин.

При старте электростанции, ротор создает слабое магнитное поле, но с ростом оборотов, увеличивается и ЭДС в обмотке возбуждения. Напряжение с этой обмотки через блок автоматической регулировки (AVR) поступает на ротор, контролируя выходное напряжение за счет изменения магнитного поля.  Рассмотрим на примере: Подключение индуктивной нагрузки размагничивает генератор и снижает напряжение, а подключение емкостной нагрузки вызывает подмагничивание генератора и рост напряжения. Такое явление носит название «реакция якоря».

Обеспечение стабильного выходного напряжения происходит за счет изменения магнитного поля ротора путем регулирования тока в его обмотке. Это происходит за счет использования блока автоматической регулировки (AVR). Основным достоинством синхронного генератора является высокая стабильность выходного напряжения.  Несовершенство синхронных генераторов – это возможность перегрузки по току, так как при превышении допустимой нагрузки, регулятор может слишком сильно поднять то к в обмотке ротора. Также синхронные генераторы требует периодического обслуживания, пусть и не очень частого.

II. Синхронный генератор – тип генератора, который способен кратковременно выдавать ток в 3-4 раза выше номинального. Также синхронные генераторы оптимальны для подключения оборудования с высокими стартовыми токами. Это электродвигатели, насосы, компрессоры, дисковые пилы и прочий электроинструмент. Для подключения сварочных аппаратов тоже желательно использовать электростанции с синхронными генераторами.

Асинхронный генератор

I.Асинхронный генератор – асинхронный двигатель, работающий в режиме торможения. В этом случае ротор вращается в одном направлении с магнитным полем стартера, но с опережением.

Различают короткозамкнутые и фазные роторы в зависимости от типа обмотки. Вращающееся магнитное поле, создаваемое вспомогательной обмоткой стартора, индуцирует на роторе магнитное поле, которое вращаясь вместе с ротором, наводит ЭДС в рабочей обмотке стартора, тоже принцип, что в синхронном генераторе. Вращающееся магнитное поле остается всегда неизменным и не поддается регулировке, поэтому частота и напряжение на выходе генератора зависят от частоты оборотов ротора, которые в свою очередь, зависят от стабильности работы двигателя электростанции.

Генераторы асинхронного типа имеют малую чувствительность к короткому замыканию и высокую степень защиты от внешних воздействий. О классах защиты мы поговорим немного позднее. Цена генераторов такого типа ниже, что является еще одним плюсом.

Асинхронные генераторы менее распространены из-за ряда недостатков: такой генератор потребляет намагничивающий ток значительной силы, поэтому для его работы требуются конденсаторы; ненадежность работы в экстремальных условиях; зависимость напряжения и частоты тока от устойчивости работы двигателя.

II. Асинхронный генератор – генератор, который можно использовать только с приборами не имеющими высоких стартовых токов и устойчивыми к незначительным перепадам напряжения. Такие генераторы стоят дешевле чем синхронные и имеют более высокий класс защиты от внешних условий.

 

Классы защиты генераторов

Этот параметр обозначается буквами (IP) и двумя цифрами, которые и несут смысловую нагрузку. Разберемся поподробнее.

Синхронные генераторы сейчас чаще всего соответствуют классу IP 23, тогда как асинхронные – IP 54. Хотя в последнее время все больше производителей начинают выводить на рынок синхронные генераторы с таким же высоким классом защиты (IP 54) как и у асинхронных генераторов. Такая разница в классах защиты объясняется конструктивными особенностями генераторов обоих типов.  На синхронном генераторе находятся катушки индуктивности, а асинхронный генератор имеет более простую конструкцию (еще говорят «закрытую»), поскольку его ротор напоминает маховик.

 

Расшифровка:

 

• 0-защита отсутствует
• 1-защита от предметов > 50 мм
• 2-защита от предметов > 12 мм
• 3-защита от предметов > 2.5 мм
• 4-защита от предметов > 1 мм
• 5-защита от пыли

Вторая цифра означает:

• 0-защита отсутствует
• 1-защита от вертикально падающих капель воды
• 2-защита от капель воды, падающих под углом 15 градусов к вертикали
• 3-защита от брызг воды, падающих под углом 60 градусов к вертикали
• 4-защита от водяной пыли, распыленной со всех сторон
• 5-защита от струй воды со всех сторон

 

Надеемся, что после прочтения этой статьи Вам станет немного проще выбрать генератор, который подойдет Вам больше всего.

 

 

Специалисты интернет магазина

 генераторов и электростанций «Мега-ватт»


 

Статор (англ. stator, от лат. sto — стою) электромашины, неподвижная часть электрической машины, выполняющая функции магнитопровода и несущей конструкции. Стартор состоит из сердечника и станины.

Ротор в технике [от лат. roto — вращаю (сь)], 1) вращаюшаяся часть двигателей и рабочих машин, на которой расположены органы, получающие энергию от рабочего тела

[3] Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил (Eex). В замкнутом контуре (L) тогда ЭДС будет равна:

, где dl — элемент длины контура.

ЭДС, так же как и напряжение, измеряется в вольтах.

  При вращении ротора его магнитное поле наводит в трёхфазной обмотке статора переменную эдс, частота которой f = р. п, где р и n — соответственно число пар полюсов и частота вращения ротора. Быстроходные С. г. (турбогенераторы) имеют малое число пар полюсов (р = 1, 2), а в тихоходных (гидрогенераторах) р достигает нескольких десятков. Величина эдс регулируется изменением тока в обмотке ротора.

Щеточный узел требует замены или ремонта.

асинхронный, синхронный или на постоянных магнитах?

Можно ли буксировать электромобили? Зависит от типа двигателя. Да, бывают разные. Если вы только собираетесь покупать электрокар, то знайте: до полной разрядки его лучше не доводить. И вот почему

Автомобили с двигателями внутреннего сгорания допускают буксировку. Если у вас механическая коробка передач, то это самое простое дело: ставите нейтраль в коробке передач или выжимаете сцепление – и ваш мотор оказывается физически отключен от колес, а машина превращается в обычную телегу: тяни не хочу.

С автоматами чуть сложнее, в них полного разрыва связи между колесами и мотором не предусмотрено. Но и они в режиме N позволяют буксировать машину на короткие расстояния и с невысокой скоростью.

Однако в инструкциях к электромобилям вы прочтете, что буксировка или не допускается вовсе, или, как в случае с современными моделями Tesla, допускается со скоростью не более 5 км/ч на расстояние не более 10 метров: иными словами, вы в праве только оттолкать сломанную машину на обочину.

А может ли быть иначе? Да, старые модели Tesla такое позволяли. Как и GM EV1 – легенда электрокаров 90-х годов прошлого века. Так в чем же дело? В типе электрических двигателей. Или, если уж говорить совсем правильно, электрических машин, так как в электромобилях эти устройства служат не только двигателями, но и генераторами. И на современных типах электрокаров встречается три типа таких устройств. Но для начала немного истории.

В 1821 году британский ученый Майкл Фарадей в своей статье впервые описал основные принципы преобразования электроэнергии в движение. Фарадей уже знал, что электрический ток, проходя через проволоку, создает магнитное поле. Закрученный в катушку, такой провод становится электромагнитом.

Он также знал, что противоположные полюса магнитов притягиваются, а одинаковые – отталкиваются. В электромагнитах же полярность зависит от направления движения тока, то есть ее можно быстро менять. И вот что придумал Фарадей. Берем магнит, который движется к другому. В последний момент полярность меняется, но рядом расположен третий магнит, к которому можно тянуться. Затем четвертый, пятый. Эти разнополярные магниты выстроены в линию. И если ее закольцевать, движение будет идти по кругу до тех пор, пока сквозь электромагниты идет ток и пока его направление не перестает меняться.

Чтобы понять, как это действует, представьте, что у вас в руках два школьных магнита в форме подковы или буквы U – помните, были такие. Если их повернуть друг к другу взаимоотталкивающимися полюсами, то они будут стремиться сделать полуоборот, чтобы снова друг к другу притянуться. А теперь представьте, что их полюса постоянно меняются местами: тогда они станут вертеться друг относительно друга. Это и есть электродвигатель.

Так впервые был описан принцип действия всех электромоторов в целом и самого древнего в частности: того, который работает от постоянного тока и использует с одной стороны постоянные магниты из намагниченного сплава, а с другой – переменные электромагниты. Это наш первый герой: мотор-генератор постоянного тока на перманентных магнитах.

Изобретения Фарадея были развиты его полседователями, в частности изобретателем электрической лампочки Томасом Эдисоном. Эдисон усовершенствовал генераторы постоянного тока и стал пионером в электрификации Нью-Йорка. В 1884 году на пороге его кабинета появился молодой сербский инженер. Звали иммигранта Никола Тесла.

Тесла предложил улучшить конструкцию Эдисона и попросил за работу 50 тысяч долларов – баснословная в те времена сумма. По легенде Эдисон согласился, но когда Тесла действительно существенно улучшил существующую модель, любимец Америки просто кинул безвестного сербского эмигранта.

Тесла рассердился и отправился к главному конкуренту, адепту переменного тока Джорджу Вестингаузу. Так началась «Война токов», окончательно проигранная постоянным током только в 2007 году, когда Нью-Йорк последним из городов перешел на ток переменный.

Генераторы Эдисона вырабатывали электричество с напряжением, близким к потребительскому: 100-200 вольт. Это удобно для домов, но его сложно передавать на большие расстояния из-за сопротивления проводов. Тут было два решения: увеличивать диаметр кабелей или повышать напряжение. Первый вариант позволял делать линии длинной 1,5 километра. Да, совсем немного. Второй вариант был невозможен из-за отсутствия в те годы эффективных способов повышения напряжения постоянного тока.

Однако еще в 1876 году русский ученый Павел Яблочков изобрел трансформатор, меняющий напряжение переменного тока. Подача энергии на большие расстояния перестала быть проблемой.

Но была другая проблема. Лампочкам Эдисона все равно от какого тока питаться: постоянного или переменного. А вот с электродвигателями сложнее: они в те годы требовали только постоянного. В 1888 году Тесла запатентовал в США асинхронный электрический двигатель переменного тока. Он же изобрел и синхронный генератор, впоследствии использованный и как двигатель. Это второй и третий герои нашей статьи.

Так поговорим же о них поподробнее

Если в детстве вам доводилось разбирать игрушечные электрические машинки, то вы должны помнить устройство их простейших двигателей. Для остальных напомним. Все применяемые в электромобилях моторы состоят из двух частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

В игрушечных машинах на статоре стоят постоянные магниты, а на роторе – электрические переменные. При вращении на них через специальные щетки подается постоянный ток от батареек, и их последовательное включение и обеспечивает движение.

Похожая конструкция встречается практически у всех электромобилей. С одним отличием: на роторе там стоят постоянные магниты, а на статоре, напротив, электрические и переменные. Так в том числе можно избавиться от щеток: одного из немногих элементов электродвигателя, который подвержен износу.

Преимущество моторов на постоянных машинах в том, что они легкие, компактные, мощные, эффективные, работают от вырабатываемого аккумуляторами постоянного тока… так, стоп! А какие недостатки?

Недостаток прост. Таким моторам не хватает тяги. Так перейдем же к асинхронным инверсионным моторам переменного тока.

Бородатый анекдот про умирающего мастера заваривать чай, который делился своим секретом словами «не жалейте заварки» – это прям притча про компанию Tesla. Вопреки расхожему мнению, ее основал не Илон Маск (он позже стал главным инвестором и владельцем), а Мартин Эберхард и его партнер Марк Тарпенинг.

Эти двое придумали немыслимое. Создать не тихоходный, эффективный и относительно дешевый электрокар, а дорогой, быстрый и клевый. Маск же первым идею оценил и быстро прибрал ее к рукам.

Имя компании Tesla не случайно. Одной из ее технических революций стало использование асинхронного двигателя без постоянных магнитов, работающего на переменном токе – того самого, который изобрел Никола Тесла. Эта конструкция дороже как сама по себе, так и благодаря необходимости в установке преобразователя постоянного тока от батареи в переменный для электродвигателя. Успешное решение данной задачи и стало первым из множества теперь уже легендарных прорывов «Теслы».

Благодаря мощному асинхронному мотору электрокары Tesla с самого начала были очень динамичным, что стало ключевой причиной роста их популярности. В таком моторе переменный ток в обмотке статора создает вращающееся магнитное поле. Оно вызывает индукцию в роторе, заставляя его вращаться чуть медленнее, чем вращение самого поля – поэтому двигатель и называется асинхронным. Если скорости вращения синхронизируются, поле перестает создавать в роторе индукцию, и он начинает замедляться, рассинхронизируясь обратно. Важно заметить, что собственно на ротор никакого электричества напрямую не подается.

Итак, есть еще третий тип электрического двигателя, который встречается в современных электромобилях: синхронный на электромагнитах. Он похож по устройству на двигатели с постоянными магнитами на роторе, только эти магниты – электрические. На них подается постоянный ток, так что полярность магнитов ротора остается неизменной. А вот полярность магнитов статора, напротив, меняется, что и обеспечивает вращение.

Такие синхронные моторы на электромагнитах славятся своей способностью обеспечивать стабильность оборотов и ставятся, обычно, на всякие установки вроде насосов. А еще… на электрокар Renault Zoe. Зачем? Честно сказать, найти быстрый ответ на этот вопрос не получилось. Можем лишь предположить, что это связано с лучшей способностью такого двигателя служить генератором, рекуперируя энергию торможения. Мотор на Zoe не самый мощный, а мощным генератором он быть обязан.

Так что же лучше? Большинство автоконцернов выбирает моторы на постоянных магнитах: они эффективнее. Tesla в первые годы настаивала на асинхронных моторах. Но потом… сделала ставку на двух моторную полнопривродную схему, в которой асинхронный мотор обеспечивает динамику, а двигатель на постоянных магнитах гарантирует низкий расход энергии при небольших нагрузках. И только Renault… ну вы поняли.

А теперь о том, что ждет нас дальше. При буксировке даже обесточенный двигатель на постоянных магнитах тут же начинает работать как генератор, что чревато перегревом и возгоранием энергосистемы электромобиля. В синхронных моторах Renault оставшейся магнетизм в роторе также способен вызвать индукцию в катушках статора, ну и пошло поехало – генерация тока, перегрев, пожар.

И только асинхронные двигатели, когда их статоры не под напряжением, не являются генераторами: их можно буксировать.

Так вот, современная тенденция такова. Моторы на постоянных магнитах становятся все мощнее и тяговитее, оставаясь самыми эффективными. Производители постепенно переходят на них. Но придумать, как машины с ними безопасно буксировать инженерам еще предстоит. Пока они декларируют принцип «Наши электромобили не ломаются и в буксировке не нуждаются». Но звучит не больно убедительно.

Чем синхронные двигатели отличаются от асинхронных двигателей?

Как мы уже описали, в электротехнической промышленности доступны два типа двигателей, которые зависят от типа источника питания. Когда двигатель работает с использованием переменного тока, он обычно говорит как двигатели переменного тока, а для постоянного тока он говорит, что двигатели постоянного тока. Двигатели переменного тока также можно классифицировать как синхронные двигатели и асинхронные двигатели. Обычно асинхронные двигатели известны как асинхронные двигатели, и мы уже обсуждали несколько статей об асинхронных двигателях в наших предыдущих статьях.

Характеристика синхронного двигателя

Конструкция синхронных двигателей отличается от асинхронных двигателей, и эти синхронные двигатели имеют определенный номер полюса, который крепится к обмотке ротора.

Эти двигатели известны как синхронные, потому что скорость этого двигателя напрямую связана с частотой сети, а скорость постоянна. Ротор синхронного двигателя вращается со скоростью вращающегося магнитного поля движения (ммс). Таким образом, скорость синхронного двигателя может обозначаться следующим образом:

Ns = 120 F / P об / мин.

P означает количество полюсов синхронного двигателя.Когда один двигатель имеет два полюса, а другой - 14 полюсов, 14-полюсный двигатель будет работать ровно на 1/7 скорости двухполюсной машины.

Если рассматривать ротор синхронных двигателей, то существует два типа ротора, и оба они относятся к категории ротора с недобмоткой.

  1. Ротор с выступающим полюсом
  2. Цилиндрический ротор

Однако выступающий полюс слишком слаб механически, что вызывает слишком большое сопротивление обмотки и шум.

При использовании синхронной машины в качестве генератора на гидроэлектростанциях используются генераторы с явнополюсным ротором (генераторы).Генераторы с цилиндрическим ротором используются в потоке на газотурбинных электростанциях из-за скорости вращения.

Предположим, что ротор вращается в направлении потока прямого вращения со скоростью оборотов в минуту (об / мин), а синхронная скорость двигателя равна Ns. Проскальзывание относительно прямого поля обозначается как

S = Ns-Nr / Ns

В однофазном двигателе мгновенная мощность пульсирует с удвоенной частотой питания, следовательно. есть крутящий момент, пульсирующий с удвоенной частотой статора.Пульсирующий крутящий момент присутствует в дополнение к харизматическому T-S (средний крутящий момент по времени).

Характеристики асинхронного двигателя

Существует максимально возможный крутящий момент, который нельзя превышать. Этот тип крутящего момента известен как момент отрыва или момент пробоя. Обычно этот крутящий момент в два-три раза превышает номинальный крутящий момент асинхронного двигателя при полной нагрузке.

Обычно момент нагрузки должен быть меньше пускового момента асинхронного двигателя для запуска двигателя, который представляет собой нагрузку.

Когда двигатель достигает стабильного состояния, он развивает крутящий момент, равный крутящему моменту нагрузки, и этот крутящий момент обозначается как точка «0».

Когда двигатель работает в стабильном режиме, нагрузка уменьшается, а скорость ротора увеличивается, поэтому скольжение уменьшается из-за индуцированного напряжения, и в результате уменьшается ток в роторе. Из-за вышеуказанных явлений развиваемый крутящий момент уменьшился, а также уравновесил уменьшенный крутящий момент.

Когда двигатель работает в стабильном состоянии и если нагрузка увеличилась, ротор замедлится.Таким образом, увеличивается скольжение, увеличивается индуцированное напряжение и ток, в результате увеличивается развиваемый крутящий момент и выравнивается увеличенный крутящий момент нагрузки.

Разница между синхронными и асинхронными двигателями

Пульсирующий крутящий момент возникает в результате взаимодействия противоположных вращающихся полей друг с другом, вдвое превышающих синхронную скорость.

Он также производит гудение, а также издает шум однофазного двигателя, чем многофазный двигатель. Влияние пульсации крутящего момента также можно минимизировать, используя эластичную монтажную резиновую прокладку и т. Д.

В отличие от асинхронных двигателей, синхронному двигателю требуется дополнительный источник постоянного тока для питания обмотки ротора, поскольку синхронные двигатели не запускаются самостоятельно.

Поскольку асинхронные двигатели всегда работают с отстающим коэффициентом мощности, синхронный двигатель может работать с опережающим или отстающим коэффициентом мощности. Основная причина, по которой синхронные двигатели используются в промышленности, связана с их эффективностью. Обычно синхронный двигатель имеет более высокий КПД, чем асинхронный двигатель, но его стоимость также высока.

В чем разница между синхронным и асинхронным двигателем PDF?

Синхронный двигатель - это машина, у которой скорость ротора и скорость магнитного поля статора равны.

Асинхронный двигатель - это машина, ротор которой вращается со скоростью, меньшей, чем синхронная скорость.

Асинхронный двигатель

переменного тока известен как асинхронный двигатель.

Синхронный двигатель не имеет скольжения.

В чем разница между синхронным и асинхронным двигателем?

Синхронный двигатель - это машина с двойным возбуждением, тогда как асинхронный двигатель - это машина с одним возбуждением. В случае синхронного двигателя его обмотка якоря питается от источника переменного тока, а его обмотка возбуждения - от источника постоянного тока, тогда как в случае асинхронного двигателя его обмотка статора питается от источника переменного тока.

Что означает асинхронный двигатель?

Асинхронный двигатель или асинхронный двигатель - это электродвигатель переменного тока, в котором электрический ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, получается за счет электромагнитной индукции из магнитного поля обмотки статора. Следовательно, асинхронный двигатель может быть изготовлен без электрических соединений с ротором.

Где используются синхронные двигатели?

Обычно синхронные двигатели используются в приложениях, где требуется точная и постоянная скорость. Эти двигатели с низким энергопотреблением включают в себя позиционирующие машины. Они также применяются в приводах роботов. В шаровых мельницах, часах, проигрывателях пластинок также используются синхронные двигатели.

Как отличить асинхронный двигатель?

Предлагаемый зажим · 63 секунды

Какой у меня двигатель? Некоторые подсказки к различению двигателя

YouTube

Начало предлагаемого ролика

Конец предлагаемого ролика

Почему он называется синхронным двигателем?

Следовательно, ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле.Это связано с тем, что двигатель называется синхронным двигателем. Это двигатель с постоянной скоростью, потому что, несмотря на увеличение нагрузки, двигатель работает с той же синхронной скоростью.

Какие типы двигателей?

К наиболее распространенным электродвигателям, используемым сегодня, относятся:

  • Бесщеточные двигатели переменного тока. Бесщеточные двигатели переменного тока - одни из самых популярных в управлении движением.
  • Щеточные двигатели постоянного тока. В щеточном двигателе постоянного тока ориентация щетки на статоре определяет ток.
  • Бесщеточные двигатели постоянного тока.
  • Прямой привод.
  • Линейные двигатели.
  • Серводвигатели.
  • Шаговые двигатели.

Какие типы двигателей?

Основными типами являются двигатели постоянного и переменного тока, причем первые все чаще заменяются вторыми. Электродвигатели переменного тока бывают асинхронными или синхронными. После запуска синхронный двигатель требует синхронизма с синхронной скоростью движущегося магнитного поля для всех нормальных условий крутящего момента.

Какой крутящий момент у двигателя?

Крутящий момент - это сила поворота по радиусу в единицах Нм в системе СИ и фунт-фут в британской системе мер. Крутящий момент, развиваемый асинхронным асинхронным двигателем, изменяется, когда двигатель ускоряется от нуля до максимальной рабочей скорости.

Почему мы используем синхронные двигатели?

Электростанции почти всегда используют синхронные генераторы, потому что важно поддерживать постоянную частоту, на которой подключен генератор.Приложения с низким энергопотреблением включают в себя позиционирующие машины, где требуется высокая точность, и приводы роботов. Сетевые синхронные двигатели используются для электрических часов.

Каковы преимущества синхронного двигателя?

Преимущество использования синхронного двигателя - это возможность контролировать коэффициент мощности. Синхронный двигатель с избыточным возбуждением имеет опережающий коэффициент мощности и работает параллельно с асинхронными двигателями, тем самым улучшая коэффициент мощности системы. Скорость остается постоянной независимо от нагрузок в синхронных двигателях.

Какое основное применение синхронных двигателей?

Некоторые из типичных областей применения высокоскоростных синхронных двигателей - это такие приводы, как вентиляторы, нагнетатели, генераторы постоянного тока, линейные валы, центробежные насосы, компрессоры, поршневые насосы, резиновые и бумажные фабрики. Синхронные двигатели используются для регулирования напряжения на концах линий передачи.

Почему возбуждение всегда постоянное?

Для успешной работы генератора он должен выдавать синусоидальное переменное напряжение определенной частоты.Теперь возбуждение постоянного тока создает электромагнит фиксированной полярности в поле, которое движется с постоянной скоростью от первичного двигателя. Таким образом, якорь статора создает почти синусоидальный переменный ток.

Как запускается асинхронный двигатель?

Запуск асинхронного двигателя. Когда источник питания подключен к статору трехфазного асинхронного двигателя, создается вращающееся магнитное поле, ротор начинает вращаться, и запускается асинхронный двигатель. Во время пуска скольжение двигателя равно единице, а пусковой ток очень велик.

Что такое квитанция?

Скольжение можно определить как разницу между скоростью потока (Нс) и скоростью ротора (Н). Скорость ротора асинхронного двигателя всегда меньше его синхронной скорости. Обычно он выражается в процентах от синхронной скорости (Ns) и обозначается символом «S».

Как работает коммутатор?

Коммутатор - это поворотный электрический переключатель в некоторых типах электродвигателей и электрических генераторов, который периодически меняет направление тока между ротором и внешней цепью.Путем изменения направления тока во вращающихся обмотках каждые пол-оборота создается постоянная сила вращения (крутящий момент).

Синхронные двигатели | Двигатели переменного тока

Однофазные синхронные двигатели

Однофазные синхронные двигатели доступны в небольших размерах для приложений, требующих точного времени, таких как хронометраж, (часы) и магнитофоны. Хотя кварцевые часы с батарейным питанием широко доступны, часы с питанием от сети переменного тока имеют лучшую долгосрочную точность - в течение нескольких месяцев.

Это происходит из-за того, что операторы электростанций намеренно поддерживают долгосрочную точность частоты системы распределения переменного тока. Если он отстает на несколько циклов, они восполнят потерянные циклы переменного тока, так что часы не теряют время.

Большие и малые синхронные двигатели

Выше 10 лошадиных сил (10 кВт), более высокий КПД и ведущий коэффициент мощности делают большие синхронные двигатели полезными в промышленности. Большие синхронные двигатели на несколько процентов более эффективны, чем более распространенные асинхронные двигатели, хотя синхронный двигатель более сложен.

Поскольку двигатели и генераторы похожи по конструкции, должна быть возможность использовать генератор в качестве двигателя и, наоборот, использовать двигатель в качестве генератора.

Асинхронный двигатель похож на генератор переменного тока с вращающимся полем. На рисунке ниже показаны небольшие генераторы переменного тока с вращающимся полем постоянного магнита. На приведенном ниже рисунке могут быть показаны либо два параллельно синхронизированных генератора переменного тока, приводимых в действие механическими источниками энергии, либо генератор переменного тока, приводящий в действие синхронный двигатель. Или это могут быть два двигателя, если подключен внешний источник питания.

Дело в том, что в любом случае роторы должны работать с одинаковой номинальной частотой и находиться в фазе друг с другом. То есть они должны быть синхронизированы . Процедура синхронизации двух генераторов переменного тока заключается в следующем: (1) размыкание переключателя, (2) приведение в действие обоих генераторов с одинаковой скоростью вращения, (3) увеличение или уменьшение фазы одного блока до тех пор, пока оба выхода переменного тока не будут в фазе, (4) замыкание переключатель, прежде чем они сойдут по фазе.

После синхронизации генераторы переменного тока будут заблокированы друг с другом, что потребует значительного крутящего момента, чтобы отделить один блок (не синхронизированный) от другого.

Синхронный двигатель, работающий синхронно с генератором

Учет крутящего момента с синхронными двигателями

Если больший крутящий момент в направлении вращения применяется к ротору одного из вышеупомянутых вращающихся генераторов переменного тока, угол ротора будет увеличиваться (противоположно (3)) по отношению к магнитному полю в катушках статора при сохранении синхронизации и ротор будет передавать энергию в линию переменного тока, как генератор переменного тока.

Ротор также будет выдвинут относительно ротора другого генератора. Если нагрузка, такая как тормоз, приложена к одному из вышеуказанных устройств, угол ротора будет отставать от поля статора, как в (3), извлекая энергию из линии переменного тока, как двигатель.

Если применяется чрезмерный крутящий момент или сопротивление, ротор превысит максимальный угол крутящего момента , продвигаясь или запаздывая настолько, что синхронизация будет потеряна. Крутящий момент развивается только при сохранении синхронизации двигателя.

Доведение синхронных двигателей до скорости

В случае использования небольшого синхронного двигателя вместо генератора переменного тока нет необходимости выполнять сложную процедуру синхронизации для генераторов переменного тока. Однако синхронный двигатель не запускается автоматически и должен быть доведен до приблизительной электрической скорости генератора переменного тока, прежде чем он синхронизируется с частотой вращения генератора.

После набора скорости синхронный двигатель будет поддерживать синхронизм с источником питания переменного тока и развивать крутящий момент.

Синхронный двигатель синхронного привода

Предполагая, что двигатель развивает синхронную скорость, когда синусоидальная волна меняется на положительную на рисунке выше (1), нижняя северная катушка толкает северный полюс ротора, а верхняя южная катушка притягивает северный полюс ротора. Подобным образом южный полюс ротора отталкивается верхней южной катушкой и притягивается к нижней северной катушке.

К тому времени, когда синусоида достигает пика в точке (2), крутящий момент, удерживающий северный полюс ротора вверх, является максимальным.Этот крутящий момент уменьшается по мере уменьшения синусоидальной волны до 0 В постоянного тока в точке (3) с минимальным крутящим моментом.

Когда синусоида меняется на отрицательную между (3 и 4), нижняя южная катушка толкает южный полюс ротора, притягивая северный полюс ротора. Подобным образом северный полюс ротора отталкивается верхней северной катушкой и притягивается к нижней южной катушке. В точке (4) синусоида достигает отрицательного пика с удерживающим моментом снова на максимуме. Когда синусоида меняется с отрицательной на 0 В постоянного тока на положительную, процесс повторяется для нового цикла синусоидальной волны.

Обратите внимание: на приведенном выше рисунке показано положение ротора в режиме холостого хода (α = 0 °). На практике нагрузка на ротор приведет к тому, что ротор будет отставать от положений, показанных углом α. Этот угол увеличивается с нагрузкой до тех пор, пока максимальный крутящий момент двигателя не будет достигнут при α = 90 °.

Синхронизация и крутящий момент теряются за пределами этого угла. Ток в катушках однофазного синхронного двигателя пульсирует с переменной полярностью.

Если скорость ротора постоянного магнита близка к частоте этого чередования, он синхронизируется с этим чередованием.Поскольку поле катушки пульсирует и не вращается, необходимо увеличить скорость ротора с постоянным магнитом с помощью вспомогательного двигателя. Т

his - это небольшой асинхронный двигатель, подобный тем, что описан в следующем разделе.

Добавление полюсов поля снижает скорость

2-полюсный (пара полюсов N-S) генератор генерирует синусоидальную волну 60 Гц при вращении со скоростью 3600 об / мин (оборотов в минуту). 3600 об / мин соответствует 60 оборотам в секунду.Подобный 2-полюсный синхронный двигатель с постоянными магнитами также будет вращаться со скоростью 3600 об / мин.

Двигатель с меньшей скоростью может быть сконструирован путем добавления большего количества пар полюсов. 4-полюсный двигатель будет вращаться со скоростью 1800 об / мин, 12-полюсный двигатель - со скоростью 600 об / мин. Показанный стиль конструкции (рисунок выше) предназначен для иллюстрации. Многополюсные синхронные двигатели со статором с более высоким КПД и большим крутящим моментом фактически имеют несколько полюсов в роторе.

Однообмоточный 12-полюсный синхронный двигатель

Вместо того, чтобы наматывать 12 катушек для 12-полюсного двигателя, намотайте одну катушку с двенадцатью соединенными штырями стальными полюсами, как показано на рисунке выше.Хотя полярность катушки меняется из-за приложенного переменного тока, предположим, что верхняя часть временно находится на севере, а нижняя - на юге.

Полюсные части направляют южный поток снизу и снаружи катушки вверх. Эти 6-ю южные части чередуются с 6-ю северными выступами, загнутыми вверх от верхней части стального полюса катушки. Таким образом, стержень ротора с постоянным магнитом встретит 6-полюсные пары, соответствующие 6-ти циклам переменного тока за одно физическое вращение стержневого магнита.

Скорость вращения будет 1/6 электрической скорости переменного тока.Скорость ротора будет 1/6 от скорости вращения двухполюсного синхронного двигателя. Пример: 60 Гц будет вращать 2-полюсный двигатель со скоростью 3600 об / мин или 600 об / мин для 12-полюсного двигателя.

Перепечатано с разрешения Westclox History на www.clockHistory.com

Статор (рисунок выше) показывает 12-полюсный синхронный часовой двигатель Westclox. Конструкция аналогична предыдущему рисунку с одной катушкой. Конструкция с одной обмоткой экономична для двигателей с низким крутящим моментом. Этот двигатель со скоростью 600 об / мин приводит в движение редукторы, перемещая стрелки часов.

Q: Если бы двигатель Westclox работал бы со скоростью 600 об / мин от источника питания 50 Гц, сколько полюсов потребовалось бы?

A: У 10-полюсного двигателя будет 5 пар полюсов N-S. Он будет вращаться со скоростью 50/5 = 10 оборотов в секунду или 600 об / мин (10 с-1 x 60 с / мин).

Перепечатано с разрешения Westclox History на www.clockHistory.com

Ротор (рисунок выше) состоит из стержня постоянного магнита и стальной чашки асинхронного двигателя.Штанга синхронного двигателя, вращающаяся внутри полюсных лапок, сохраняет точное время. Чашка асинхронного двигателя за пределами стержневого магнита подходит снаружи и над выступами для самозапуска. Одно время производились несамозапускающиеся двигатели без чашки асинхронного двигателя.

Трехфазные синхронные двигатели

Трехфазный синхронный двигатель, показанный на рисунке ниже, создает электрически вращающееся поле в статоре. Такие двигатели не запускаются автоматически при запуске от источника питания с фиксированной частотой, например 50 или 60 Гц, как в промышленных условиях.

Кроме того, ротор - это не постоянный магнит для двигателей с мощностью в несколько лошадиных сил (несколько киловатт), используемых в промышленности, а как электромагнит. Большие промышленные синхронные двигатели более эффективны, чем асинхронные. Они используются, когда требуется постоянная скорость. Имея опережающий коэффициент мощности, они могут корректировать линию переменного тока на запаздывающий коэффициент мощности.

Три фазы возбуждения статора складываются векторно, чтобы создать единое результирующее магнитное поле, которое вращается f / 2n раз в секунду, где f - частота линии электропередачи, 50 или 60 Гц для промышленных двигателей, работающих от линии электропередачи.Количество полюсов - n. Для частоты вращения ротора в об / мин умножьте на 60.

 S = f120 / n где: S = частота вращения ротора в об / мин f = частота сети переменного тока n = количество полюсов на фазу 

Трехфазный 4-полюсный (на фазу) синхронный двигатель будет вращаться со скоростью 1800 об / мин при мощности 60 Гц или 1500 об / мин при мощности 50 Гц. Если катушки запитываются по очереди в последовательности φ-1, φ-2, φ-3, ротор должен указывать на соответствующие полюса по очереди.

Поскольку синусоидальные волны фактически перекрываются, результирующее поле будет вращаться не ступенчато, а плавно.Например, когда синусоидальные волны φ-1 и φ-2 совпадают, поле будет на пике, указывающем между этими полюсами. Показанный ротор стержневого магнита подходит только для небольших двигателей.

Ротор с несколькими полюсами магнита (внизу справа) используется в любом эффективном двигателе, приводящем в движение значительную нагрузку. Это будут электромагниты с контактным кольцом в больших промышленных двигателях. Большие промышленные синхронные двигатели запускаются самостоятельно с помощью встроенных в якорь проводов с короткозамкнутым ротором, действующих как асинхронный двигатель.

Электромагнитный якорь возбуждается только после того, как ротор достигает почти синхронной скорости.

Трехфазный 4-полюсный синхронный двигатель

Малые многофазные синхронные двигатели

Малые многофазные синхронные двигатели могут запускаться путем линейного увеличения частоты привода от нуля до конечной рабочей частоты. Многофазные управляющие сигналы генерируются электронными схемами и будут прямоугольными во всех приложениях, кроме самых требовательных.

Такие двигатели известны как бесщеточные двигатели постоянного тока. Истинные синхронные двигатели управляются синусоидальными сигналами. Можно использовать двух- или трехфазный привод, запитав соответствующее количество обмоток статора. Выше показано только 3 фазы.

Электронный синхронный двигатель

На блок-схеме показана приводная электроника, связанная с синхронным двигателем низкого напряжения (12 В постоянного тока). Эти двигатели имеют датчик положения , встроенный в двигатель, который выдает сигнал низкого уровня с частотой, пропорциональной скорости вращения двигателя.

Датчик положения может быть таким же простым, как твердотельные датчики магнитного поля, такие как устройства на эффекте Холла , обеспечивающие синхронизацию (направление тока якоря) с электроникой привода. Датчик положения может быть датчиком угла с высоким разрешением, таким как резольвер, индуктосин (магнитный энкодер) или оптический энкодер.

Если требуется постоянная и точная скорость вращения (как для дисковода), могут быть включены тахометр и фазовая автоподстройка (рисунок ниже).Этот сигнал тахометра, последовательностью импульсов пропорциональна скорости двигателя, подается обратно в петлю фазовой автоподстройки, который сравнивает частоту и фазу тахометра к источнику опорного стабильно частоты, такие как кварцевый генератор.

Контур фазовой автоподстройки частоты управляет скоростью синхронного двигателя

Бесщеточный двигатель постоянного тока

Двигатель, приводимый в действие прямоугольными волнами тока, который обеспечивается простыми датчиками Холла, известен как бесщеточный двигатель постоянного тока .Этот тип двигателя имеет более высокое отклонение пульсирующего момента при обороте вала, чем двигатель с синусоидальным приводом. Для многих приложений это не проблема. Хотя в этом разделе нас в первую очередь интересуют синхронные двигатели.

Пульсации крутящего момента двигателя и механический аналог

Пульсация крутящего момента, или зубчатость, вызывается магнитным притяжением полюсов ротора к полюсным наконечникам статора. (Рисунок выше) Обратите внимание, что катушки статора отсутствуют.Ротор ПМ можно вращать вручную, но вблизи полюсные наконечники будут притягиваться.

Это аналогично механической ситуации. Будет ли пульсация крутящего момента проблемой для двигателя, используемого в магнитофоне? Да, мы не хотим, чтобы двигатель поочередно ускорялся и замедлялся, когда он перемещает аудиозапись мимо головки воспроизведения. Будет ли пульсация крутящего момента проблемой для двигателя вентилятора? №

Обмотки, распределенные в ленте, создают более синусоидальное поле

Если двигатель приводится в действие синусоидальными волнами тока, синхронными с обратной ЭДС двигателя, он классифицируется как синхронный двигатель переменного тока, независимо от того, генерируются ли формы волны привода электронными средствами. Синхронный двигатель будет генерировать синусоидальную обратную эдс , если магнитное поле статора имеет синусоидальное распределение.

Он будет более синусоидальным, если обмотки полюсов будут распределены в виде ремня через множество пазов, а не сосредоточены на одном большом полюсе (как показано на большинстве наших упрощенных иллюстраций). Такая конструкция подавляет многие нечетные гармоники поля статора.

Слоты с меньшим количеством обмоток на краю фазовой обмотки могут делить пространство с другими фазами.Намоточные ремни могут принимать альтернативную концентрическую форму, как показано на рисунке ниже.

Ремни концентрические

Для двухфазного двигателя, приводимого в действие синусоидальной волной, крутящий момент постоянен на протяжении всего оборота в соответствии с тригонометрической идентичностью:

 sin2θ + cos2θ = 1 

Генерация и синхронизация формы волны привода требуют более точной индикации положения ротора, чем это обеспечивается датчиками Холла, используемыми в бесщеточных двигателях постоянного тока. Резольвер или оптический или магнитный энкодер обеспечивает разрешение от сотен до тысяч частей (импульсов) на оборот.

Резольвер выдает аналоговые сигналы углового положения в виде сигналов, пропорциональных синусу и косинусу угла вала. Энкодеры обеспечивают цифровую индикацию углового положения в последовательном или параллельном формате.

Привод синусоидальной волны может фактически быть от ШИМ, широтно-импульсного модулятора , высокоэффективного метода аппроксимации синусоидальной волны цифровым сигналом.Каждая фаза требует, чтобы управляющая электроника для этой формы сигнала была сдвинута по фазе на соответствующую величину для каждой фазы.

ШИМ аппроксимирует синусоидальную волну

Преимущества синхронного двигателя

КПД синхронного двигателя выше, чем у асинхронных двигателей. Синхронный двигатель также может быть меньше, особенно если в роторе используются высокоэнергетические постоянные магниты. Появление современной твердотельной электроники позволяет управлять этими двигателями с регулируемой скоростью.

Асинхронные двигатели используются в основном в железнодорожной тяге. Однако небольшой синхронный двигатель, который устанавливается внутри ведущего колеса, делает его привлекательным для таких приложений. Версия этого двигателя с высокотемпературным сверхпроводником составляет от одной пятой до одной трети веса двигателя с медной обмоткой.

Самый большой экспериментальный сверхпроводящий синхронный двигатель, способный управлять кораблем класса военно-морской эсминец. Во всех этих применениях необходим электронный привод с регулируемой скоростью.Привод с регулируемой скоростью также должен снижать напряжение привода на низкой скорости из-за уменьшения индуктивного сопротивления при более низкой частоте.

Для развития максимального крутящего момента ротор должен отставать от направления поля статора на 90 °. Больше он теряет синхронизацию. Намного меньше приводит к снижению крутящего момента. Таким образом, необходимо точно знать положение ротора. И положение ротора по отношению к полю статора необходимо рассчитывать и контролировать.

Этот тип управления известен как векторное управление фазой .Он реализован с помощью быстрого микропроцессора, управляющего широтно-импульсным модулятором для фаз статора. Статор синхронного двигателя такой же, как и у более популярного асинхронного двигателя.

В результате электронное управление скоростью промышленного уровня, используемое в асинхронных двигателях, также применимо к большим промышленным синхронным двигателям. Если ротор и статор обычного вращающегося синхронного двигателя раскручены, получается синхронный линейный двигатель.

Этот тип двигателя применяется для точного высокоскоростного линейного позиционирования.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Синхронные и асинхронные двигатели

: открывая разницу

Упрощенное разделение двигателей с дробной мощностью будет на AC, DC, безщеточные и универсальные. Однако точно так же, как обувь можно разделить на рабочие ботинки, модельные туфли, кроссовки и т. Д., Каждая категория двигателей имеет различные подгруппы. Например, двигатели переменного тока можно разделить на синхронные и асинхронные (также известные как асинхронные).

Хотя оба работают от источника переменного тока (хотя синхронный также использует постоянный ток), их создание, работа и использование совершенно разные.

Прежде чем разбивать обсуждение на две категории переменного тока, важно помнить, что в типичном двигателе переменного тока (как более подробно объясняется в нашем блоге AC Motor Basics ) вращающееся магнитное поле создается статором, имеющим был вызван входным током. Скорость этого поля определяется частотой источника питания и количеством полюсов машины и называется «синхронной скоростью» - или, скорее, скоростью, которая возникает одновременно.

Асинхронный двигатель

Когда люди говорят об асинхронных двигателях, они обычно имеют в виду асинхронные двигатели переменного тока. Наиболее распространенный тип, асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором, обычно имеет неподвижную обмотку, называемую статором, а также ротор, сделанный из электротехнической стали, и токопроводящие стержни из алюминия или меди, которые закорочены на каждом конце.

Как указано выше, в статоре от источника переменного тока создается магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует токи в проводящих стержнях ротора.Этот эффект индукции домино приводит к притяжению вращающегося магнитного поля статора и индуцированного магнитного поля ротора. Простое уравнение может помочь проиллюстрировать это более ясно.

Источник переменного тока + статор = вращающееся магнитное поле # 1 (синхронная скорость)

Вращающееся магнитное поле №1 + Ротор = Вращающееся магнитное поле №2 (отставание от синхронной скорости)

Ротор, естественно, будет вращаться медленнее, чем синхронная скорость магнитного поля в статоре, но притяжение между компонентами статора и ротора заставляет их постоянно догонять (создавая крутящий момент). Разница между этими двумя скоростями называется скольжением и обычно выражается в процентах от синхронной скорости.

Магнитное поле # 1 (быстрее) - Магнитное поле # 2 (медленнее) = Скольжение

Синхронный двигатель

Как вы могли догадаться, у синхронного двигателя есть ротор, который вращается с той же скоростью, что и синхронная скорость. Это возможно, потому что синхронные двигатели основаны на частоте и не зависят от постоянства начального входного тока.

Представьте синхронных пловцов на соревнованиях по прыжкам в воду. Их движения прямо согласованы с движениями другого члена команды по плаванию - их начало, середина и точки входа потенциально идентичны.

Синхронные двигатели работают примерно так же. Однако, как потребовалось бы много времени, чтобы достичь этого уровня единообразия в их технике погружения, синхронные двигатели не могут обеспечить одинаковое вращение между магнитными полями ротора и статора только при начальном входном токе. Мощность переменного тока индуцирует статор (как в типичном асинхронном двигателе), но затем он достигает точки запаздывания, мощность постоянного тока подается через возбудитель - устройство, которое подает ток намагничивания в двигатель для создания магнитного потока. Это позволяет увеличивать вращение и увязываться с синхронной скоростью, и, если не действуют экстремальные условия, эти скорости будут оставаться синхронизированными, что позволяет приложению выполнять функции высокой точности.

Это подводит нас к краткому описанию того, как различный состав двигателей переменного тока позволяет каждому поддерживать свою индивидуальную и разнообразную работу и использование.

Синхронный:

  • Более высокая начальная стоимость
  • Необходим возбудитель
  • Для высокоточных приложений (например, часы или поворотный стол)
  • Самый эффективный в крупных промышленных двигателях
  • В зависимости от частоты (более стабильно)

Индукция:

  • Потенциально более высокие эксплуатационные расходы
  • Особые элементы управления обычно не требуются
  • Более распространенный; используется во многих повседневных применениях
  • Наиболее эффективен в небольших приложениях
  • Скорость разная по крутящему моменту

Как видите, асинхронные и синхронные двигатели, хотя оба они классифицируются как переменный ток, имеют довольно разные конструктивные и рабочие характеристики, при этом наличие скольжения является наиболее важным фактором. Из-за этого асинхронные двигатели обычно не могут поддерживать постоянную скорость в приложениях с переменным моментом нагрузки.

Синхронные двигатели

лучше всего служат своей цели в более крупных приложениях, в то время как Groschopp специализируется на двигателях с дробной мощностью, которые обычно не требуют атрибутов синхронного двигателя. Однако, если требуется постоянство синхронности, этот недостаток асинхронных двигателей переменного тока можно преодолеть с помощью частотно-регулируемого привода (ЧРП) или векторного привода.

Запуск синхронного двигателя | Electrical4U

Синхронные двигатели работают с синхронной скоростью. Синхронная скорость двигателя зависит от частоты питания и количества полюсов в двигателе.
Синхронная скорость определяется как

Где f = частота питания и p = количество полюсов.
Мы можем изменить синхронную скорость двигателя, изменив частоту питания и количество полюсов. Но двигатель всегда будет работать с этой скоростью при заданной частоте питания и количестве полюсов.

Синхронные двигатели обладают множеством преимуществ, но отсутствие самозапуска в отличие от трехфазных асинхронных двигателей является основным недостатком. В синхронных двигателях статор имеет 3-фазные обмотки и возбуждается от 3-фазного источника питания, тогда как ротор возбуждается от постоянного тока. Трехфазные обмотки обеспечивают вращающийся магнитный поток, тогда как источник постоянного тока обеспечивает постоянный магнитный поток.

Крутящий момент, создаваемый на роторе, является пульсирующим, а не однонаправленным. Принимая во внимание частоту 50 Гц, из приведенного выше соотношения мы можем видеть, что трехфазный вращающийся поток вращается примерно на 3000 оборотов за 1 минуту или 50 оборотов за 1 секунду.В конкретный момент полюса ротора и статора могут иметь одинаковую полярность (N-N или S-S), вызывая силу отталкивания на ротор, а в следующую секунду это будет N-S, вызывающая силу притяжения. Но из-за инерции ротора он не может вращаться в любом направлении из-за силы притяжения или отталкивания и оставаться в состоянии покоя. Из-за этого мотор не может запуститься самостоятельно. Ротор синхронного двигателя должен быть приведен в синхронную скорость с помощью внешних средств.

Ниже приведены методы, используемые для запуска синхронного двигателя :

Запуск синхронного двигателя с использованием асинхронного двигателя

Нам нужно вывести ротор синхронного двигателя на синхронную скорость, прежде чем мы включим двигатель.По этой причине мы напрямую соединяем небольшой асинхронный двигатель (пони-двигатель) с синхронным двигателем. Обратите внимание, что количество полюсов асинхронного двигателя должно быть меньше, чем у синхронного двигателя, иначе он никогда не сможет достичь синхронной скорости синхронного двигателя. Это связано с тем, что асинхронный двигатель всегда имеет скорость меньше синхронной скорости, и для того, чтобы она стала равной синхронной скорости синхронного двигателя, его собственная скорость должна быть увеличена. После того, как ротор синхронного двигателя приводится в синхронную скорость, мы включаем питание постоянного тока на ротор. После этого мы просто отсоединяем асинхронный двигатель от вала синхронного двигателя.

Запуск синхронного двигателя с использованием машины постоянного тока

Этот метод аналогичен описанному выше с небольшой разницей между ними. К синхронному двигателю подключена машина постоянного тока. Машина постоянного тока изначально работает как двигатель постоянного тока и приводит синхронный двигатель в синхронную скорость. Когда он достигает синхронной скорости, машина постоянного тока работает как генератор постоянного тока и подает постоянный ток на ротор синхронного двигателя.Этот метод предлагает легкий запуск и лучшую эффективность, чем предыдущий метод.

Запуск синхронного двигателя с использованием демпферных обмоток

В этом методе двигатель сначала запускается как асинхронный двигатель, а затем запускается как синхронный двигатель после достижения синхронной скорости. Для этого используются демпферные обмотки. Демпферные обмотки - это дополнительные обмотки, состоящие из медных стержней, размещенных в пазах на торцах полюсов. Концы медных шин закорочены. Эти обмотки ведут себя как ротор асинхронного двигателя.Когда на двигатель подается трехфазное питание, двигатель начинает работать как асинхронный двигатель со скоростью ниже синхронной. Через некоторое время на ротор подается постоянный ток. Через некоторое время двигатель приводится в синхронизм и начинает работать как синхронный двигатель. Когда двигатель достигает синхронной скорости, в обмотках демпфера больше нет индуцированной ЭДС, и, следовательно, они не влияют на работу двигателя. Это наиболее часто используемый метод для запуска синхронных двигателей .

Запуск синхронного двигателя с использованием асинхронного двигателя с контактным кольцом

Здесь мы последовательно подключаем один внешний реостат с ротором. Двигатель сначала запускается как асинхронный двигатель с контактным кольцом. По мере того, как двигатель набирает скорость, сопротивление постепенно снижается. Когда он достигает почти синхронной скорости, на ротор подается возбуждение постоянным током, и он приводится в синхронизм. Затем он начинает вращаться как синхронный двигатель.

Асинхронный двигатель | Асинхронный двигатель

Наиболее часто используемым двигателем в мире является асинхронный двигатель.Это двигатель, который может работать без электрического подключения к ротору. В этом посте будут обсуждаться асинхронные двигатели (асинхронные двигатели), их типы, то есть однофазные, трехфазные, беличий корпус, контактное кольцо и т. Д., Особенности, принцип работы, применение, преимущества и недостатки.

Что такое асинхронный двигатель (асинхронный двигатель)

Асинхронный двигатель или асинхронный двигатель - это самый основной и распространенный тип электродвигателя, который имеет только обмотку Armortisseur , что означает вспомогательную обмотку только на якоре.В асинхронном двигателе (или асинхронном двигателе) статорная часть двигателя передает электромагнитное поле своей обмоткой на роторную часть двигателя. Это генерирует электрический ток в роторе. Электрический ток создает крутящий момент, который приводит в движение.

Рис.1 - Введение в асинхронный двигатель (асинхронный двигатель)

Он упоминается как «Асинхронный двигатель », поскольку он всегда будет работать со скоростью, меньшей, чем его синхронная скорость.Синхронная скорость определяется как скорость магнитного поля вращающейся машины, которая снова определяется количеством полюсов и частотой в машине.

Так как в этом типе двигателя ротор получает поток и вращение за счет магнитного поля в статоре, существует задержка между токами в статоре и роторе. Из-за этого ротор никогда не достигает своей синхронной скорости. Отсюда и термин «асинхронный двигатель». На рис. 2 показаны части асинхронного двигателя.

Фиг.2 - Детали асинхронного двигателя (асинхронный двигатель)

Конструкция асинхронного двигателя (асинхронного двигателя)

Он состоит в основном из двух частей, а именно:

Статор

Это неподвижная часть электродвигателя. Эта часть обеспечивает электромагнитное поле, необходимое для вращения вращающейся части двигателя. Он состоит из ряда штамповок с прорезями для трехфазной обмотки. Каждая обмотка отделена от другой обмотки на 120 градусов.

Ротор

Это вращающаяся часть двигателя. Более распространенный тип ротора в асинхронных двигателях (или асинхронных двигателях) - это ротор с короткозамкнутым ротором. Ротор имеет форму якоря с сердечником цилиндрической формы. Вокруг сердечника есть параллельные прорези, через которые проходит ток. Сердечник имеет стержень из алюминия, меди или сплава.

Рис.3 - Базовый ротор и статор

Типы асинхронных двигателей (асинхронные двигатели)

Он подразделяется на два типа:

  • Однофазный асинхронный двигатель
  • Трехфазный асинхронный двигатель

Однофазный асинхронный двигатель

Однофазный асинхронный двигатель

не является двигателем с автоматическим запуском. Здесь двигатель подключен к однофазному источнику питания, который передает переменный ток к основной обмотке. Поскольку источник переменного тока представляет собой синусоидальную волну, он создает пульсирующее магнитное поле в обмотке статора.

Пульсирующие магнитные поля - это два магнитных поля, вращающихся в противоположных направлениях; следовательно, крутящий момент не создается. Таким образом, после подачи тока ротор должен быть перемещен в любом направлении извне, чтобы двигатель заработал. Однофазный индуктор отсюда; могут иметь разные разновидности в зависимости от устройства, с которого запускается двигатель, и это:

  • Двигатель с разделенной фазой
  • Двигатель с экранированными полюсами
  • Конденсаторный пусковой двигатель
  • Конденсаторный пусковой двигатель и конденсаторный двигатель

Фиг.4 - Принципиальная схема (а) однофазного (б) трехфазного асинхронного двигателя

Трехфазный асинхронный двигатель (асинхронный двигатель)

Это двигатели, для запуска которых не требуется никаких внешних устройств, таких как конденсатор, центробежный переключатель или пусковая обмотка. Принцип работы этого двигателя основан на использовании трех однофазных фаз, разность фаз между которыми составляет 120 градусов. Таким образом, магнитное поле, вызывающее вращение, будет иметь одинаковую разность фаз между ними, это заставит ротор двигаться без какого-либо внешнего крутящего момента.

Для дальнейшего упрощения предположим, что это три фазы: phase1, phase2 и phase3. Итак, первая фаза 1 намагничивается, и ротор начинает двигаться в этом направлении, вскоре после этого возбуждается фаза 2, и тогда ротор притягивается к фазе 2, а затем, наконец, к фазе 3. Таким образом, ротор продолжит вращаться.

Далее они подразделяются на категории в зависимости от типа используемого ротора:

  • Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
  • Асинхронный двигатель с контактным кольцом или двигатель с фазным ротором
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Ротор этого типа имеет форму беличьей клетки, отсюда и название. Ротор изготовлен из стали с очень токопроводящими металлами, такими как алюминий и медь на его поверхности. Скорость этого типа асинхронного двигателя очень легко изменить, просто изменив форму стержней в роторе.

Рис.5 - Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель с контактным кольцом или двигатель с фазным ротором

Он также известен как асинхронный двигатель с фазовой обмоткой. Здесь ротор подключен к внешнему сопротивлению через контактные кольца.Скорость вращения ротора регулируется путем регулировки внешнего сопротивления. Поскольку этот двигатель имеет больше обмоток, чем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, его также называют асинхронным двигателем с фазным ротором.

Рис.6 - Асинхронный двигатель с контактным кольцом

Характеристики асинхронного двигателя (асинхронный двигатель)

Ниже приведены характеристики двух различных типов асинхронных двигателей.

Характеристики однофазного асинхронного двигателя
  • Здесь мы выделим некоторые характеристики, которые применимы только к однофазным асинхронным двигателям:
  • Однофазные асинхронные двигатели не запускаются автоматически и используют однофазное питание для вращения.
  • Чтобы изменить направление вращения в однофазных двигателях, лучше всего остановить двигатель и изменить его, иначе существует вероятность повреждения двигателя из-за момента инерции, который действует против направления, на которое необходимо изменить вращение. .
  • Для запуска двигателя вам потребуется конденсатор и / или центробежный переключатель.
  • У этих двигателей низкий пусковой момент.
  • Они в основном используются дома или в бытовой технике из-за низкого коэффициента мощности и эффективности.

Характеристики трехфазного асинхронного двигателя

Ниже перечислены некоторые особенности трехфазного асинхронного двигателя, которые отличает его от однофазного двигателя:

  • Это самозапускающиеся двигатели, не требующие специальных пускателей.
  • Имеются три однофазных линии с разностью фаз 120 градусов.
  • Он имеет более простое подключение и более надежен, чем однофазные асинхронные двигатели.
  • Пусковой крутящий момент у этих двигателей выше, чем у однофазных двигателей.
  • В основном они используются на заводах и в промышленности из-за высокого коэффициента мощности и эффективности.

Как работает асинхронный двигатель (асинхронный двигатель) Работа

Явление, которое заставляет работать асинхронные двигатели или асинхронные двигатели, весьма интересно. Двигатели постоянного тока нуждаются в двойном возбуждении для вращения, одно для статора, а другое для ротора.Но в этих двигателях мы должны отдавать это только статору, что делает это уникальным. Как следует из названия, принцип работы этого двигателя основан на индукции. Давайте предпримем ряд шагов, которые происходят при вращении этого двигателя:

  • На обмотки статора подается питание, протекает ток и создается магнитный поток.
  • Обмотка в роторе устроена таким образом, что каждая катушка закорачивается.
  • Короткозамкнутая обмотка ротора обрезается магнитным потоком статора.

Рис.7 - Работа асинхронного двигателя

Согласно законам электромагнитной индукции Фарадея, магнитное поле взаимодействует с электрической цепью, создавая ЭДС (электродвижущую силу). Итак, согласно этому закону, в катушках ротора начинает течь ток.

  • Ток в роторе генерирует другой поток.
  • Теперь есть два потока: один в статоре, а другой в роторе.
  • Поток ротора отстает от потока статора, что создает крутящий момент в роторе в направлении магнитного поля.

Применение асинхронных двигателей

В числе приложений:

  • Они широко используются в миксерах, игрушках, вентиляторах и т. Д.
  • Они также используются в насосах и компрессорах.
  • Малые асинхронные двигатели используются в электробритвах.
  • Они используются в буровых машинах, лифтах, кранах и дробилках.
  • Они подходят для приводов текстильных фабрик и маслоэкстракционных заводов.

Преимущества асинхронного двигателя

Ниже приведены некоторые преимущества асинхронных двигателей:

  • Высокоэффективный и простой в конструкции.
  • Очень прочный и может работать в любых условиях.
  • Низкие эксплуатационные расходы, поскольку у них не так много деталей, как коммутаторы или щетки.
  • Они могут развивать очень высокую скорость, не беспокоясь о том, что они износятся, так как у них нет щеток.
  • Они просты в эксплуатации, поскольку к ротору не подключены электрические разъемы.
  • Поскольку у них нет щеток, искры не боятся, поэтому их можно использовать в загрязненных или взрывоопасных средах.
  • Скорость от малой нагрузки до номинальной изменяется меньше.

Недостатки асинхронного двигателя

Асинхронные двигатели имеют простую конструкцию, которая может иметь несколько недостатков, перечисленных ниже:

  • Трудно контролировать скорость асинхронного двигателя, поэтому его нельзя использовать в местах, где требуется точный контроль скорости.
  • Падение КПД при малых нагрузках.
  • Они имеют высокие входные импульсные токи, что дает низкое напряжение при пуске двигателя.

См. Также: Видео на YouTube об асинхронных двигателях

  Также читают:
Маховик как накопитель энергии, расчеты и требования к ротору
Повышающий трансформатор - работа, конструкция, применение и преимущества
Синхронный двигатель - конструкция, принцип, типы, характеристики
Что такое клещи (клещи-тестеры) - типы, принцип работы и порядок эксплуатации  

Лакшми - B. E (Электроника и связь) и имеет опыт работы в RelQ Software в качестве инженера-испытателя и HP в качестве руководителя службы технической поддержки. Она является автором, редактором и партнером Electricalfundablog.

Как работают асинхронные двигатели и синхронные двигатели с постоянными магнитами

Сегодня используются многие типы электродвигателей, но двумя наиболее важными являются асинхронный электродвигатель переменного тока и бесщеточный синхронный электродвигатель с постоянным магнитом (PM), также известный как бесщеточный серводвигатель постоянного или переменного тока. Эти два типа двигателей имеют разные конфигурации ротора и работают по-разному.Инструменты проектирования, такие как SPEED от CD-Adapco, помогают инженерам-разработчикам двигателей оптимизировать характеристики обоих типов быстрее и точнее, чем когда-либо прежде.

История

Мы проследим корни асинхронного двигателя переменного тока до изобретения Николы Тесла в 1883 году и трехфазного электродвигателя Михаила Доливо-Добровольского в 1888 году. Бесщеточный синхронный двигатель с постоянными магнитами имеет более недавнюю историю. Это началось в 1956 году, когда H.D. Брэилсфорд разработал гибридный ротор постоянного тока с пружинными контактами, которые вылетели, чтобы обеспечить истинную бесщеточную работу.

Следующее усовершенствование двигателя постоянного тока появилось в 1960 году в виде твердотельного устройства регулирования скорости. Последним изобретением стала разработка высокотемпературных устройств Холла для электронной коммутации в середине 1960-х годов. НАСА и правительство США сыграли важную роль в разработке бесщеточных двигателей с постоянными магнитами в 1960-х и 1970-х годах в рамках многих проектов, финансируемых государством.

Асинхронные двигатели переменного тока

Асинхронные двигатели бывают двух популярных типов: однофазные и трехфазные.Оба типа работают на переменном токе и создают вращающееся магнитное поле. На рисунке 1 показано поперечное сечение асинхронного двигателя с внутренним ротором и внешним статором. В двигателях переменного тока используются медные или алюминиевые шины для ротора и медный магнитный провод в статоре в предписанных распределенных схемах намотки. На рисунке 1 также показаны 28 пазов ротора и 24 паза статора, одна из многих возможных комбинаций.


1. Если смотреть сверху вниз, на разрезе асинхронного двигателя внутренний ротор показан синим цветом, а внешний статор - зеленым.(любезно предоставлено SPEED, CD-Adapco)

Поле вращающегося тока статора индуцирует токи в закороченных медных или алюминиевых витках или стержнях ротора. Наведенные магнитные поля взаимодействуют, вызывая движение ротора и вращение ротора, создавая как крутящий момент, так и скорость.

Наведенный ток ротора никогда не догоняет ток статора, и мы применяем слово «скольжение» для описания разности фаз между двумя токами. Проскальзывание увеличивается по мере увеличения нагрузки, создавая больший крутящий момент до тех пор, пока уменьшающаяся скорость ротора не достигнет точки на кривой зависимости крутящего момента от скорости, где значение скольжения становится слишком большим, а скорость ротора падает до нулевой скорости или положения остановки.

Асинхронные двигатели переменного тока могут достигать достаточного крутящего момента при постоянном возбуждении переменного тока, пока он не достигнет точки пробоя (рис. 2a) . Нелинейные характеристики крутящего момента и скорости возникают, когда привод работает с постоянным напряжением и частотой, например 50 Гц или 60 Гц. Изменение сопротивления ротора R2 (конфигурация паза ротора) также влияет на выходную кривую крутящего момента двигателя. К сожалению, по мере увеличения пускового момента за счет увеличения сопротивления ротора R2 потери в меди увеличиваются, а энергоэффективность снижается.


2. Характерные характеристики: асинхронные двигатели переменного тока создают достаточный крутящий момент за счет постоянного возбуждения переменного тока. Нелинейные характеристики крутящего момента и скорости ускоряются, когда привод работает с постоянным напряжением и частотой, например, 50 Гц или 60 Гц (а). Эти кривые крутящий момент-скорость получены с изменяющейся частотой с шагом 6 Гц до 60 Гц. График показывает значительное улучшение крутящего момента частотно-регулируемого привода, начиная с 12 Гц (b). (любезно предоставлено SPEED's Electric Machines manual by T.Дж. Миллер и SPEED от CD-Adapco)

При постоянной входной частоте 50 Гц или 60 Гц уровни тока статора остаются почти постоянными на протяжении нормальной области развития крутящего момента на нелинейной кривой крутящий момент-скорость. До достижения номинального значения тратится огромная трата мощности и эффективности. Пусковой крутящий момент обычно ниже номинального или аварийного крутящего момента, что требует некоторой помощи со стороны электронного привода для достижения номинального крутящего момента. Кривые асинхронного двигателя довольно нелинейны.

Важные разработки для асинхронных двигателей переменного тока, появившиеся в начале 1970-х годов, включают инверторный привод и ряд новых стратегий управления в диапазоне от вольт на герц (В / Гц) до векторного управления. Приводы с переменной частотой, использующие изменяющуюся входную частоту (привод В / Гц), значительно повышают энергоэффективность электродвигателя переменного тока в широком диапазоне скоростей и уменьшают внутренний нагрев, вызываемый обмоткой статора. На рисунке 2b показано семейство кривых крутящего момента-скорости с изменяющейся частотой с шагом 6 Гц до 60 Гц.Пусковой крутящий момент для частотно-регулируемого привода значительно улучшается по сравнению с постоянным приводом, начиная с 12 Гц.

Бесщеточные двигатели с постоянным током

Хотя двигатель с постоянными магнитами также является бесщеточным двигателем, как и асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, взаимодействие между двумя вращающимися магнитными полями совершенно иное. На рисунке 3 показаны постоянные магниты, расположенные на роторе и статоре, удерживающем медную обмотку. На рис. 3 также показан четырехполюсный ротор с ферритовыми или редкоземельными магнитами, расположенными на роторе, и конфигурация статора с 12 пазами.


3. На этой диаграмме поперечного сечения BLPM показаны ферритовые или редкоземельные постоянные магниты (красный / зеленый), расположенные на четырехполюсном роторе (синий) и статоре (зеленый). (любезно предоставлено SPEED's Electric Machines manual by T. J.E. Miller)

Обмотки статора включаются и выключаются в заданной последовательности, чтобы обеспечить непрерывное вращение в процессе, называемом электронной коммутацией. Магнитное поле в роторе синхронизировано с коммутируемыми обмотками статора и связанным с ним магнитным полем статора.Кроме того, частота двигателя BLPM зависит от системы устройства Холла двигателя или эквивалентной частоты переключения ротора, определяемой положением ротора.

Обратное электромагнитное поле двигателя (ЭДС) можно измерить, чтобы получить кривую зависимости крутящего момента от скорости, когда двигатель приводится в действие напряжением. На рис. 4 показан линейный характер кривой зависимости крутящего момента от скорости. Эта особенность позволяет двигателю развивать пусковой крутящий момент, в четыре раза превышающий его номинальный крутящий момент, для условий быстрого ускорения, в зависимости от насыщения магнитной цепи.


4. Двигатель BLPM создает линейный профиль крутящего момента-скорости в частотно-регулируемом приводе (VFD) и / или постоянный профиль зависимости крутящего момента от скорости в приводе с регулируемым током. Другими словами, крутящий момент двигателя BLMP является линейным представлением тока двигателя. (любезно предоставлено SPEED's Electric Machines manual by T.J.E. Miller)

Одним из выдающихся преимуществ двигателя BLPM является линейный характер кривой крутящего момента двигателя, когда магниты находятся на поверхности ротора.Более сложные конструкции скрывают магниты внутри конструкции ступицы ротора и изменяют форму кривой зависимости крутящего момента двигателя от скорости для достижения более широкого диапазона скоростей с постоянной мощностью. Кроме того, наиболее популярными конфигурациями двигателей BLPM являются конфигурации с обмоткой треугольником или звездой.

Различия между асинхронными двигателями переменного тока и двигателями BLPM

Существует два основных класса приложений в точном управлении движением: системы движения с регулируемой скоростью и положением.Однофазные асинхронные двигатели переменного тока очень популярны для привода многих устройств с постоянной и переменной скоростью. Но необходимость значительного повышения энергоэффективности и энергоэффективности, особенно в насосах, вентиляторах и воздуходувках в коммерческих и промышленных приложениях, требует использования частотно-регулируемого привода (ЧРП) для улучшения характеристик крутящего момента и скорости.

Асинхронные двигатели с инверторами с векторным управлением популярны для достижения более высокого КПД по мощности, особенно в приложениях с мощностью более 3 кВт, где требуется широкий диапазон скоростей.Это экономичное решение с некоторыми интересными ограничениями.

Появившись примерно в 1982 году, первыми массовыми приложениями для двигателей BLPM были высокоточные приводы шпинделя в жестких дисках с регулированием скорости менее 0,1%. Самыми популярными сегодня приложениями являются сервомоторы на основе положения с устройствами обратной связи, резольверы или энкодеры.

Двигатели BLPM - это синхронные компоненты, которые питают правильные обмотки статора путем измерения положения ротора с помощью устройства обратной связи. Устройство обратной связи обеспечивает необходимую точность для точной и быстрой остановки двигателя в конечном положении. Двигатели BLPM производят гораздо больший пусковой или ускоряющий момент, чтобы почти самопроизвольно перемещаться из одного положения в другое. Типичным применением является обработка стола фрезерного станка, когда детали необходимо очень быстро переместить в новое положение для дальнейшей обработки.

Что касается производительности, характеристики двигателя BLPM создают линейный профиль крутящего момента-скорости в частотно-регулируемом приводе и / или постоянный профиль крутящего момента в зависимости от скорости в приводе с регулируемым током (рис.4) . Ток нагрузки двигателя обеспечивает отличный метод прямого измерения его крутящей нагрузки для любого конкретного применения. По сути, крутящий момент двигателя - это линейное представление тока двигателя.

Выводы

Поскольку в роторе BLPM отсутствуют тепловые потери (I 2 R), он, по сути, демонстрирует более высокий КПД по мощности, чем асинхронный двигатель переменного тока. Если это правда, зачем вообще использовать асинхронный двигатель переменного тока? Почему асинхронный двигатель переменного тока так популярен в широком диапазоне приложений, основанных на скорости? Ответ довольно прост: это более экономичное решение, особенно в большинстве приложений с постоянной и регулируемой скоростью.Двигатель BLPM обеспечивает самый высокий пусковой момент среди двигателей любого типа, превосходя любой асинхронный двигатель переменного тока аналогичного размера.

Двигатель BLPM безраздельно властвует в позиционировании сервоприводов, хотя недавний скачок цен на популярные материалы для магнитов из редкоземельных неодимов заставил по-новому взглянуть на другие типы двигателей. Воздействие новых государственных требований к эффективности в бытовых приборах побудило многих производителей двигателей оценить двигатели BLPM - или, как они их называют, двигатели с электронным управлением (ECM) - из-за их более высоких показателей энергоэффективности.Следующие пять лет могут оказаться непростыми для обоих типов двигателей, поскольку они будут влиять на рыночные территории и сферы применения друг друга.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *