Асинхронные и синхронные двигатели: Отличие синхронного от асинхронного двигателя

Содержание

Асинхронный и синхронный двигатель: в чем разница, что лучше

Асинхронні і синхронні електродвигуни — агрегати, дія яких перетворює електричну енергію в механічну. Ця функція широко затребувана в різних пристроях і механізмах. Найчастіше це прокатні верстати, компресори, поршневі насоси та ін Розберемо, в чому різниця двох видів двигунів і чим відрізняються сфери їх застосування.

Пристрій синхронних електродвигунів

Відповідь на питання, в чому різниця двигунів ховається в пристрої. Конструктивно синхронний двигун складається з:

рухомої частини, представленої індуктором або ротором;
нерухомої частини, що складається із статора або якоря;
щіток;
контактних кілець;
збудника;
вентилятора.

Статор — частина агрегату, що представляє собою сердечник з обмоток, що знаходиться всередині корпуса. Основна складова частина індуктора — електромагніти постійного струму. Сам індуктор може бути явнополюсним і неявнополюсным.

В роторі і статорі розміщуються феромагнітні сталеві сердечники, які зменшують магнітне опір і сприяю тому, щоб магнітний потік краще проходив.

Найбільш затребувані трифазні та однофазні синхронні електродвигуни, принцип роботи обох видів мало чим відрізняється. Обмотка якоря підключається до мережі при цьому ротор залишається нерухомим, а постійний струм направляється в обмотку. Коли значення середнього часу дорівнює нулю, на ротор виявляється механічний вплив, в результаті він розганяється до частоти, яка практично дорівнює частоті обертання магнітного поля, потім запускається синхронний режим.

Відмінність трифазного синхронного електродвигуна в тому, що розташування провідників має певний кут. У них з’являється магнітне поле, яке обертається з синхронною швидкістю.

Особливості асинхронних електродвигунів

Двигуни асинхронного типу відрізняються конструкцією. Статор агрегату складається із сталевих листів, в його серцевині є спеціальні пази з покладеної на них обмоткою. Осі пазів зсуваються на 120° один відносно одного.

Конструкція асинхронного електродвигуна типу може мати фазний або короткозамкнений ротор. Перший варіант передбачає наявність сердечника, що має алюмінієві стрижні, які замкнуті кільцями. Головна відмінність від фазних в тому, що останні складаються з трифазної обмотки у формі зірки.

Обертання, захист і охолодження конструкції здійснюється завдяки підшипників, валу, крильчатці, кожуха вентилятора і підшипниковий щитів.

На відміну від синхронних агрегатів статор і ротор асинхронних моделей виробляють магнітні поля, які обертаються з різною частотою. Струм в роторі індукується безконтактним способом, тому немає необхідності впровадження в систему ковзних контактів. «Змусити» обертатися агрегат в потрібну сторону можна зміною напрямку струму в обмотці.

Чим відрізняються асинхронні двигуни від синхронних

У чому різниця двох видів двигунів змінного струму? Зовнішніх відмінностей конструкції не мають, ті незначні моменти, які є непомітними навіть професіоналам. Всі важливі відмінності необхідно шукати в роторі.

В асинхронному електродвигуні ротору не потрібно живлення струмом. У синхронному деталь має обмотку збудження, що володіє незалежним живленням. І в першому, і в другому випадку статори ідентичні і виконують єдину функцію — виробляють обертове магнітне поле.

Ще одна важлива відмінність — обороти двигуна. У чому різниця оборотів проявляється з практичної сторони? Якщо конструкція вимагає постійних обертів незалежно від навантаження, що рекомендується вибирати двигун синхронного типу відповідної потужності.

Який двигун краще синхронний або асинхронний

Розібравшись, у чому різниця дух видів агрегатів, з’ясуємо, який же з них краще для тієї чи іншої задачі. Асинхронні двигуни —загальнопромислові, завдяки чому мають широку сферу застосування. Від них може працювати обладнання та верстати з відносно постійним навантаженням. Також даний тип електродвигуна актуальне, якщо зниження обертів через навантаження не провокує виникнення критичної ситуації на виробництві.

Ще у чому різниця? В ціні. Виробництво синхронних двигунів вимагає великих витрат, це робить їх вартість вище. Тому, якщо допустимо незначне зменшення кількості обертів, вибір краще зробити на користь асинхронного двигуна типу.

Синхронні найбільш затребувані в електроприводах, які не вимагають зміни частоти обертання. На відміну від асинхронних вони показують більш високий ККД. Ще один важливий момент у відповіді на питання, в чому різниця між двигунами криється в тривалості роботи. Синхронні — це великі потужності у сотні кіловат, які працюють цілодобово і практично не зупиняються.

Наш интернет-магазин предлагает купить
асинхронные электродвигатели АИР от производителя в Украине. В каталоге представлены модели различной мощности и количества оборотов, в том числе наиболее популярные и востребованные 1000, 1500, 3000 об/мин.

Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного для чайников кратко, простыми словами, сравнение по конструкции и принципу действия

Электрический двигатель — это устройство, обеспечивающее преобразование электрической энергии в механическую. Конструктивно агрегат состоит из статора (фиксирован) и ротора (вращается). Первый создает магнитный поток, а второй крутится под действием электродвижущей силы (ЭДС).

СОДЕРЖАНИЕ:

Отличие – кратко простыми словами

Если говорить кратко и простыми словами, синхронный и асинхронный двигателя отличаются конструкцией роторов. Внешне понять какой перед вами электродвигатель практически невозможно, за исключением наличия дополнительных ребер охлаждения у асинхронных электродвигателей.

В устройстве, работающем на синхронном принципе, на роторе предусмотрена обмотка с независимой подачей напряжения.

У асинхронного мотора ток на ротор не подается, а формируется с помощью магнитного статорного поля. При этом статоры обоих агрегатов идентичны по конструкции и несут аналогичную функцию — создание магнитного поля.

Дополнительно в синхронном двигателе магнитные поля статора и ротора взаимодействуют друг с другом и имеют равную скорость.

У асинхронных агрегатов в роторных пазах имеются короткозамкнутые пластинки из металла или контактные кольца, обеспечивающие разность магнитного поля роторного и статорного механизма на величину скольжения.

Несмотря на видимую простоту, разобраться с этим вопросом сразу вряд ли получится, поэтому рассмотрим вопрос более подробно. Поговорим об особенностях и отличиях асинхронных и синхронных машин.

Синхронный двигатель (СД)

Синхронный двигатель — агрегат с индивидуальной конструкцией ротора и индуктором с постоянными магнитами. Отличается улучшенными характеристиками мощности, момента и инерции. Имеет ряд особенностей конструкции и принципе действия.

Устройство

Конструктивно состоит из двух элементов: ротора (вращается) и статора (фиксированный механизм). Роторный узел находится во внутренней части статора, но бывают конструкции, когда ротор расположен поверх статора.

В состав ротора входят постоянные магниты, отличающиеся повышенной коэрцитивной силой.

Конструктивно СД делятся на два типа по полюсам:

Неявно выраженные. Отличаются одинаковой индуктивностью по поперечной и продольной оси.
Явно выраженные. Поперечная и продольная индуктивность имеют разные параметры.

Конструктивно роторы бывают разными устройством и по конструкции.

В частности, магниты бывают:

Наружной установки.
Встроенные.

Статор условно состоит из двух компонентов:

Кожух.
Сердечник с проводами.

Обмотка статорного механизма бывает двух видов:

Распределенная. Ее отличие состоит в количестве пазов на полюс и фазу. Оно составляет от двух и более.
Сосредоточенная. В ней количество пазов на полюс и фазу всего одно, а сами пазы распределяются равномерно по поверхности статорной части. Пара катушек, формирующих обмотку, могут соединяться в параллель или последовательно. Минус подобных обмоток состоит в невозможности влияния на линию ЭДС.

Форма электродвижущей силы электрического синхронного мотора бывает в виде:

Трапеции. Характерна для устройств с явно выраженным полюсом.
Синусоиды. Формируется за счет скоса наконечников на полюсах.

Если говорить в целом, синхронный мотор состоит из следующих элементов:

узел с подшипниками;
сердечник;
втулка;
магниты;
якорь с обмоткой;
втулка;
«тарелка» из стали.

Принцип работы

Сначала к обмоткам возбуждения подводится постоянный ток. Он создает магнитное поле в роторной части. Статор устройства содержит обмотку для создания магнитного поля.

Как только на статорную обмотку подается ток переменной величины, по закону Ампера создается крутящий момент, и ротор начинает вращаться с частотой, равной частоте тока в статорном узле. При этом оба параметра идентичны, поэтому и двигатель носит название синхронный.

Роторная ЭДС формируется, благодаря независимому источнику питания, что позволяет менять обороты и не привязываться к мощности подключенных потребителей.

С учетом особенностей работы синхронный электродвигатель не может запуститься самостоятельно при подключении к трехфазному источнику тока.

Сфера применения

Электродвигатель синхронного типа имеет широкую сферу применения, благодаря постоянству частоты вращения.

Эта особенность расширяет сферу его применения:

энергетика: источники реактивной мощности для поддержания напряжения, сохранение устойчивости сети при аварийных просадках;
машиностроение, к примеру, при изготовлении гильотинных ножниц с большими ударными нагрузками;
прочие направления — вращение мощных компрессоров или вентиляторов, генераторы на электростанциях, обеспечение устойчивой работы насосного оборудования и т. д.

Преимущества и недостатки

После рассмотрения конструктивных особенностей, принципа работы и сферы применения СД подведем итог по положительным / отрицательным особенностям.

Плюсы:

Возможность работы при косинусе Фи равном единице (отношение полезной мощности к полной). Эта особенность улучшает косинус Фи сети. При работе с опережающим током синхронные машины генерируют реактивную мощность, которая поступает к асинхронным моторам и уменьшает потребление «реактива» от генераторов электрических станций.
Высокий КПД, достигающий 97-98%.
Повышенная надежность, объясняемая большим воздушным зазором.
Доступность регулирования перегрузочных характеристик, благодаря изменению тока, подаваемого в ротор.
Низкая чувствительность к изменению напряжения в сети.

Минусы:

Более сложная конструкция и, соответственно, высокая стоимость изготовления.
Трудности с пуском, ведь для этого нужные специальные устройства: возбудитель, выпрямитель.
Потребность в источнике постоянного тока.
Применение только для механизмов, которым не нужно менять частоту вращения.

Пример СД2-85/37-6У3, 500кВт, 1000об/мин, 6000В.

СД2-85/37-6У3, 500кВт, 1000об/мин, 6000В

Асинхронный двигатель (АД)

Асинхронный (индукционный) электродвигатель, имеющий разную частоту вращения магнитного поля в статоре и скорости ротора. В зависимости от типа и настройки может работать в двигательном или генераторном режиме, режиме ХХ или электромагнитного тормоза.

Конструктивные особенности

Конструктивно асинхронные механизмы трудно отличить от синхронных. Они также состоят из двух основных узлов: статора и ротора. При этом роторный узел может быть фазным или короткозамкнутым. Но небольшие конструктивные отличия все-таки имеются.

Рассмотрим, из чего состоит асинхронный двигатель:

сердечник;
вентилятор с корпусом;
подшипник;
коробка с клеммами;
тройная обмотка;
контактные кольца.

С учетом сказанного одним из главных отличий является отсутствие обмоток на якоре (исключением являются фазные АД). Вместо обмотки в роторе находятся стержни, закороченные между собой.

Принцип действия

В асинхронном двигателе магнитное поле создается, благодаря току в статорной обмотке, находящейся на специальных пазах. На роторе, как отмечалось выше, обмоток нет, а вместо них накоротко объединенные стержни. Такая особенность характерна для короткозамкнутого роторного механизма.

Во втором типе ротора (фазном) на роторе предусмотрены обмотки, ток и сопротивление которых могут регулироваться реостатным узлом.

Простыми словами, принцип действия можно разложить на несколько составляющих:

При подаче напряжения в статоре создается магнитное поле.
В роторе появляется ток, взаимодействующий с ЭДС статора.
Роторный механизм вращается в том же направлении, но с отставанием (скольжением) размером от 1 до 8 процентов.

Сфера применения

Асинхронные электромоторы пользуются большим спросом в быту, благодаря простоте конструкции и надежности в эксплуатации.

Они часто применяются в бытовой аппаратуре:

стиральных машинках;
вентиляторе;
вытяжке;
бетономешалках;
газонокосилках и т. д.

Также применяются они и в производстве, где подключаются к 3-фазной сети.

К этой категории относятся следующие механизмы:

компрессоры;
вентиляция;
насосы;
задвижки автоматического типа;
краны и лебедки;
станки для обработки дерева и т. д.

Асинхронные машины применяются в электрическом транспорте и других сферах. Они нашли применение в башенных кранах, лифтах и т. д.

Пример Трехфазный АИР 315S2 660В 160кВт 3000об/мин.

Трехфазный АИР 315S2 660В 160кВт 3000об/мин

Преимущества и недостатки

Электродвигатель асинхронного типа имеет слабые и сильные места, о которых необходимо помнить.

Преимущества:

Простая конструкция, которая обусловлена трехфазной схемой подключения и простым принципом действия.
Более низкая стоимость, по сравнению с синхронным аналогом.
Возможность прямого пуска.
Низкое потребление энергии, что делает двигатель более экономичным.
Высокая степень надежности, благодаря упрощенной конструкции.
Универсальность и возможность применения в сферах, где нет необходимости в поддержке частоты вращения, или имеет место схема управления с обратной связью.
Возможность применения при подключении к одной фазе.
Успешный самозапуск группы АД в случае потери и последующей подачи на них напряжения.
Минимальные расходы на эксплуатацию. Все, что требуется — периодически чистить механизма от пыли и протягивать контактные соединения. При соблюдении требований производителей менять подшипники можно с периодичностью раз в 15-20 лет.

Недостатки:

Наличие эффекта скольжения, обеспечивающего отставание вращения ротора от частоты вращения поля внутри механизма.
Потери на тепло. Асинхронные моторы имеют свойство перегреваться, особенно при большой нагрузке. По этой причине корпус изделия делают ребристым для увеличения площади охлаждения (у СД такое применяется не на всех моделях). Дополнительно может устанавливаться вентилятор для обдува поверхности.
Напряжение только на 220 В и выше. Из-за конструктивных особенностей такие электродвигатели не производятся для рабочего напряжения меньше 220 В. В качестве замены часто применяются гидро- или пневмоприводы.
Небольшой КПД в момент пуска и высокая реактивность. По этой причине мотор может перегреваться уже при пуске. Это ограничивает количество пусков в определенный временной промежуток.
Синхронная частота вращения не может быть больше 3000 об/мин, ведь в ином случае требуется использование турбированного привода или повышающего редуктора.
Трудности регулирования устройств, которые приводятся в движение «синхронниками».
Повышенный пусковой ток — одна из главных проблем асинхронных моторов, имеющих мощность свыше 10 кВт. В момент пуска токовая нагрузка может превышать номинальную в шесть-восемь раз и длиться до 5-10 секунд. По этой причине для «асинхронников» не рекомендуется прямое подключение.
При появлении КЗ возле шин с работающим двигателем появляется подпитка тока.
Чувствительность к изменениям напряжения. При отклонении этого параметра более, чем на 5% показатели электродвигателя отклоняются от номинальных. В случае снижения напряжения уменьшается момент АД.

Сравнение синхронного и асинхронного двигателей

В завершение можно подвести итог, в чем главные отличия асинхронных (АД) и синхронных (СД) моторов.

Выделим базовые моменты:

Ротору асинхронных моторов не требуется питание по току, а индукция на полюсах зависит от статорного магнитного поля.
Обороты АД под нагрузкой отстают на 1-8% от скорости вращения поля статора. В СД количество оборотов одинаково.
В «синхроннике» предусмотрена обмотка возбуждения.
Конструктивно ротор СД представляет собой магнит: постоянный, электрический. У АД магнитное поле в роторном механизме наводится с помощью индукции.
У синхронной машины нет пускового момента, поэтому для достижения синхронизации нужен асинхронный пуск.
«Синхронники» применяются в случаях, когда необходимо обеспечить непрерывность производственного процесса и нет необходимости частого перезапуска. АД нужны там, где требуется большой пусковой момент и имеют место частые остановки.
СД нуждается в дополнительном источнике тока.
«Асинхронники» медленнее изнашиваются, ведь в их конструкции нет контактных колец со щетками.
Для АД, как правило, характерно не круглое количество оборотов, а для СД — округленное.

Про реактивную мощность

Синхронные электродвигатели генерируют и одновременно потребляют реактивную мощность. Особенности и параметры «реактива» зависит от тока в возбуждающей обмотке. При полной нагрузке косинус Фи равен 1. В таком режим СД не потребляет «реактив» из сети, а ток в статорной обмотке минимален.

Здесь важно понимать, что реактивная мощность ухудшает параметры энергосистемы. Большой параметр неактивных токов приводит к повышению расхода топлива, увеличению потерь и снижению напряжения.

Кроме того, «реактив» грузит линии передач электроэнергии, что ведет к необходимости увеличения сечения кабелей и проводов, а, соответственно, повышению капитальных расходов.

Сегодня одна из главных задач энергетиков — компенсация реактивной мощности. К основным ее потребителям относят АД, потребляющие 40% «реактива», электрические печи, преобразователи, ЛЭП и силовые трансформаторы.

Какой лучше

При сравнении асинхронного и синхронного электродвигателей трудно ответить, какой лучше. По конструкции и надежности выигрывает АД, который при умеренной нагрузке имеет более продолжительный срок службы. У СД щетки быстро изнашиваются, что требует их замены.

В остальном это два схожих по конструкции, но отличающихся по принципу действия механизма, имеющих индивидуальные сферы применения.

Какая разница между синхронным и асинхронным двигателями

Содержание

Разница между синхронным и асинхронным двигателем
Что представляет собой синхронный двигатель?
Что представляет собой асинхронный электродвигатель?
Сравнение
Синхронный и асинхронный двигатель отличия
Подписка на рассылку
Синхронный и асинхронный двигатель – отличия для чайников
Асинхронный двигатель
Синхронный двигатель
Недостатки и преимущества двигателей
В чем разница асинхронного и синхронного двигателей
Различия в работе и стоимости
Основные достоинства и недостатки
Какой агрегат лучше
Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного
Отличие – кратко простыми словами
Синхронный двигатель (СД)
Устройство
Принцип работы
Сфера применения
Преимущества и недостатки
Асинхронный двигатель (АД)
Конструктивные особенности
Принцип действия
Сфера применения
Преимущества и недостатки
Сравнение синхронного и асинхронного двигателей
Про реактивную мощность
Какой лучше
Разница между синхронным и асинхронным двигателем
Синхронный двигатель
Асинхронные и синхронные двигатели: устройство
Принцип работы синхронного двигателя
Что представляет собой синхронный двигатель?
Асинхронный двигатель
Однофазный электродвигатель: устройство и принцип работы
Синхронный и асинхронный двигатель: отличия
Чем асинхронные двигатели отличаются от синхронных
В чем ключевое отличие синхронного двигателя от асинхронного
Видео

Разница между синхронным и асинхронным двигателем

Электродвигатели бывают двух основных типов — синхронные и асинхронные. Что представляют собой те и другие?

Что представляет собой синхронный двигатель?

К синхронным принято относить электродвигатели, которые функционируют на переменном токе и имеют ротор с частотой вращения, совпадающей с частотой оборотов магнитного поля в конструкции агрегата.

Ключевые элементы синхронного электродвигателя:

Первый элемент агрегата располагается на статоре. Индуктор размещается на роторе, который отделен от статора воздушной прослойкой. Структура якоря представлена обмоткой (одной или несколькими). Токи, которые подаются в соответствующий элемент двигателя, формируют магнитное поле, вращающееся с заданной частотой и взаимодействующее с полем индуктора. Индуктор включает 2 полюса — в виде постоянных магнитов.

Синхронный агрегат может функционировать в двух режимах:

Первый режим работы предполагает взаимодействие магнитного поля, формирующегося на якоре, и поля, которое образуется на полюсах индуктора. Синхронный двигатель 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.

Что представляет собой асинхронный электродвигатель?

К асинхронным принято относить электродвигатели, в которых частота вращения одного из ключевых элементов — ротора — не совпадает с частотой оборотов магнитного поля, формирующегося током, который возникает на обмотке статора. Асинхронные агрегаты иногда именуются индукционными. Это обусловлено тем, что в обмотке ротора осуществляется индуцирование тока при воздействии магнитного поля статора.

В конструкции асинхронного электродвигателя присутствуют статор и ротор, которые разделены воздушной прослойкой. Основные активные элементы агрегата:

Важную роль в функционировании асинхронного двигателя играют дополнительные конструктивные элементы, которые обеспечивают прочность, охлаждение и устойчивость работы агрегата.

Сравнение

Главное отличие синхронного двигателя от асинхронного заключается в соотношении величины частот вращения ротора и магнитного поля. В агрегате первого типа оба показателя одинаковые. В асинхронной машине — разные.

Можно отметить, что электродвигатели второго типа в целом более распространены, чем первые. При этом асинхронные агрегаты чаще всего представлены в разновидности, в которой инсталлирован короткозамкнутый ротор. Данные устройства имеют ряд важнейших преимуществ перед электродвигателями иных категорий. А именно:

Вместе с тем асинхронные машины с короткозамкнутым ротором обладают и рядом недостатков. А именно:

В свою очередь, у синхронных агрегатов также есть неоспоримые достоинства. К таковым можно отнести:

Есть у синхронных двигателей и недостатки:

Отмеченные особенности работы синхронных и асинхронных агрегатов делают оптимальным использование первых в случае, если требуемая мощность двигателя в системе (например, как части инфраструктуры фабричной линии) должна составлять порядка 100 кВт и более. В остальных случаях задействование асинхронных машин, как правило, становится более предпочтительным.

Рассмотрев, в чем разница между синхронным и асинхронным двигателем, отразим выводы в таблице.

Источник

Синхронный и асинхронный двигатель отличия

Подписка на рассылку

Для приведения в движение различных станков или механизмов на предприятиях тяжелой и легкой промышленности в большинстве случаев используются электродвигатели переменного тока. Электрические машины постоянного тока распространены в меньшей мере и чаще всего применяются в качестве тяговых агрегатов на городском электротранспорте, поездах, складских погрузчиках и тележках.

Чтобы достичь максимальной энергоэффективности производственных процессов, нужно правильно подходить к выбору двигателя для привода.

Синхронный и асинхронный двигатель – отличия для чайников

Конструкция асинхронных и синхронных электрических машин практически одинакова. У обоих электродвигателей есть неподвижный статор, состоящий из обмоток (катушек), которые уложены в пазы сердечника, набранного из пластин, выполненных из электротехнической стали, и подвижный ротор. Обмотки статора сдвинуты друг относительно друга на угол, равный 120°, поэтому проходящий по ним электрический ток создает вращающееся магнитное поле, которое вовлекает в движение ротор. Вот именно здесь и проявляется основное отличие этих электрических машин – конструкция ротора, от которой зависит скорость его вращения.

Асинхронный двигатель

Ротор такого двигателя может быть короткозамкнутым или фазным.

Вне зависимости от типа ротора в этих двигателях частота вращения ротора всегда будет меньше скорости вращения магнитного поля статора. Эта разница обусловлена законами физики:

Синхронный двигатель

Ротор таких двигателей комплектуется постоянными магнитами или обмотками возбуждения. Обмотки могут быть как явнополюсными, так и распределенными (уложенными в пазы ротора). Кроме того, ротор синхронной машины может иметь и короткозамкнутые обмотки.

После разгона ротора до скорости близкой к частоте вращения магнитного поля статора, на катушки полюсов через щеточно-контактный узел подается постоянное напряжение, которое возбуждает в них постоянное магнитное поле. Противоположные полюса магнитных полей притягиваются друг к другу и частота вращения ротора становится синхронной.

Разгон ротора может осуществляться с помощью вспомогательного двигателя или в асинхронном режиме, благодаря короткозамкнутой обмотке.

Недостатки и преимущества двигателей

Синхронные двигатели имеют довольно сложную конструкцию, обусловленную наличием щеточного узла. Кроме того, для их работы требуется дополнительный источник постоянного тока. Еще одним недостатком является невозможность их эксплуатации в условиях частых пусков и остановов. Однако все это компенсируется большой мощностью, высоким КПД, устойчивостью к перепадам напряжения в питающей сети и стабильной частотой вращения вала, вне зависимости от величины нагрузки на него.

Асинхронный двигатель в отличие от синхронных машин более чувствителен к колебаниям напряжения и не может сохранять номинальную скорость вращения, при увеличении нагрузки. Но простота конструкции, длительный срок эксплуатации, универсальность применения, способность работать в режиме частых включений и остановок делают эти машины наиболее распространенными в промышленном и бытовом секторе.

Источник

В чем разница асинхронного и синхронного двигателей

Электродвигатели можно разделить на две основные категории – синхронные и асинхронные (индукционные) двигатели. Эти два вида довольно сильно отличаются друг от друга. Разница уже видна в самих названиях. Отличить агрегаты можно по выбитому на шильдике количеству оборотов (если там не указан тип мотора), у ассинхронного мотора неокруглённое число (например, 950 об/мин), у синхронного округлённое (1000 об/мин).

Есть и другие важные различия, в этой статье мы рассмотрим наиболее показательные из них: конструктивные, рабочие и ценовые.

Различия в работе и стоимости

Любой двигатель состоит из двух элементов: неподвижного и вращающегося. Статор имеет осевые прорези — пазы, на дно которых укладываются токонесущие медные или алюминиевые проводки. У электродвигателя на валу крепится ротор с обмоткой возбуждения.

Принципиальным отличием между синхронными и асинхронными двигателями являются роторы, точнее, их исполнение.

У синхронных моделей при малых мощностях они представляют собой постоянные магниты.

Переменное напряжение подаётся на обмотку статора, ротор подключается к постоянному источнику питания. Проходящий по обмотке возбуждения постоянный ток наводит магнитное поле статора. Крутящий момент создаётся из-за угла запаздывания между полями. Ротор имеет такую же скорость, как и магнитное поле статора.

Агрегаты используются на практике и как генераторы и как двигатели.

Асинхронные модели – это достаточно недорогие двигатели, которые применяются часто и всюду. Они проще в конструктивном плане, несмотря на то, что неподвижные части в принципе у всех моторов похожи.

По обмотке статора пропускается переменный электроток, который взаимодействует с роторной обмоткой. Два поля вращаются с одинаковой скоростью в одном направлении, но не могут быть равными, иначе бы не создавалась индуцированная ЭДС и, тем более крутящийся момент. Это становится причиной возникновения индуцированного тока в обмотке роторе, направление которого согласно правилу Ленца таково, что он склонен противостоять причине своего производства, т. е. скорости скольжения.

Скорость вращения ротора не совпадает со скоростью магнитного поля, она всегда меньше. Таким образом, ротор пытается догнать скорость вращающегося магнитного поля и уменьшить относительную скорость.

Какой агрегат лучше

В заключение нужно отметить, что говорить, якобы один мотор лучше другого, нельзя. Однако, асинхронные модели надежнее в эксплуатации, отличаются простотой конструкции. Если агрегаты не перегружать, то их длительным сроком службы пользователь может остаться довольным.

Достоинством синхронной модели является то, что можно легко установить высокий коэффициент мощности. Поэтому модель является гораздо более эффективной, но по цене она будет соответственно дороже. Машины применяются в системах с требуемой мощностью 100 кВт и более.

Источник

Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного

Отличие – кратко простыми словами

Если говорить кратко и простыми словами, синхронный и асинхронный двигателя отличаются конструкцией роторов. Внешне понять какой перед вам электродвигатель практически невозможно, за исключением наличия дополнительных ребер охлаждения у асинхронных электродвигателях.

Синхронный двигатель (СД)

Устройство

В состав ротора входят постоянные магниты, отличающиеся повышенной коэрцитивной силой.

Конструктивно СД делятся на два типа по полюсам:

Конструктивно роторы бывают разными устройством и по конструкции.

В частности, магниты бывают:

Статор условно состоит из двух компонентов:

Обмотка статорного механизма бывает двух видов:

Форма электродвижущей силы электрического синхронного мотора бывает в виде:

Если говорить в целом, синхронный мотор состоит из следующих элементов:

Принцип работы

Сначала к обмоткам возбуждения подводится ток постоянно величины. Он создает магнитное поле в роторной части. Статор устройства содержит обмотку для создания магнитного поля.

Сфера применения

Электродвигатель синхронного типа имеет широкую сферу применения, благодаря постоянству частоты вращения.

Эта особенность расширяет сферу его применения:

Преимущества и недостатки

Пример СД2-85/37-6У3, 500кВт, 1000об/мин, 6000В.

СД2-85/37-6У3, 500кВт, 1000об/мин, 6000В

Асинхронный двигатель (АД)

Конструктивные особенности

Рассмотрим, из чего состоит асинхронный двигатель:

Принцип действия

Простыми словами, принцип действия можно разложить на несколько составляющих:

Сфера применения

Они часто применяются в бытовой аппаратуре:

Также применяются они и в производстве, где подключаются к 3-фазной сети.

К этой категории относятся следующие механизмы:

Пример Трехфазный АИР 315S2 660В 160кВт 3000об/мин.

Трехфазный АИР 315S2 660В 160кВт 3000об/мин

Преимущества и недостатки

Электродвигатель асинхронного тип имеет слабые и сильные места, о которых необходимо помнить.

Сравнение синхронного и асинхронного двигателей

В завершение можно подвести итог, в чем главные отличия асинхронных (АД) и синхронных (СД) моторов.

Выделим базовые моменты:

Про реактивную мощность

Какой лучше

Источник

Разница между синхронным и асинхронным двигателем

Синхронный двигатель

Этот тип двигателя способен работать одновременно и в качестве генератора, и как, собственно, двигатель. Его устройство сродни синхронному генератору. Характерной особенностью двигателя является неизменяемая частота роторного вращения от нагрузки.

Эти виды двигателей широко применяются во многих сферах, например, для электрических проводов, которым необходима постоянная скорость.

Асинхронные и синхронные двигатели: устройство

Электрические двигатели представляют собой агрегаты для преобразования электроэнергии в энергию механическую. Основу конструкции двигателя (как синхронного, так и асинхронного типа) составляют следующие элементы:

Статоры электродвигателей обеих категорий имеют схожий принцип устройства. В специальные пазы (осевые прорези) уложены токонесущие проводки из меди или алюминия. Функцией статора является создание вращающегося магнитного поля. Ротор (с обмоткой возбуждения) закреплен на валу двигателя и вращается под воздействием возникающей электродвижущей силы.

Принцип работы синхронного двигателя

В основу его функционирования положено взаимодействие вращающегося магнитного поля якоря и магнитных полей индукторных полюсов. Обычно якорь находится в статоре, а индуктор распологается в роторе. Для мощных моторов используются электрические магниты для полюсов, а для слабых — постоянные.

Принцип работы синхронного двигателя включает в себя (кратковременно) и асинхронный режим, который обычно применяют для разгона до необходимой (то есть номинальной) скорости вращения. В это время индукторные обмотки замыкаются накоротко или посредством реостата. После достижения необходимой скорости индуктор начинают питать постоянным током.

Что представляет собой синхронный двигатель?

Ключевые элементы синхронного электродвигателя:

Синхронный агрегат может функционировать в двух режимах:

Асинхронный двигатель

Данный вид устройста представляет механизм, направленный на трансформацию электрической энергии переменного тока в механическую. Из самого названия «асинхронный» можно сделать вывод, что речь идет о неодновременном процессе. И действительно, частота вращения магнитного поля статора здесь выше роторной всегда. Такое устройство состоит из статора цилиндрической формы и ротора, в зависимости от вида которого асинхронные двигатели короткозамкнутые могут быть и с фазным ротором.

Однофазный электродвигатель: устройство и принцип работы

Использующий после пуска только одну обмотку статора (фазу) и не нуждающийся в частном преобразователе электродвигатель, работающий от электросети однофазного переменного тока, является асинхронным или однофазовым.

Однофазовый электродвигатель имеет вращающуюся часть – ротор и неподвижную – статор, который и создает магнитное поле, необходимое для вращения ротора.

Из двух, расположенных в сердечнике статора друг к другу под углом 90 градусов обмоток, рабочая занимает 2/3 пазов. Другая обмотка, на долю которой приходится 1/3 пазов, называется пусковой (вспомогательной).

Ротор – это тоже короткозамкнутая обмотка. Его стержни из алюминия или меди замкнуты с торцов кольцом, а пространство между ними залито алюминиевым сплавом. Может быть выполнен ротор в виде полого ферромагнитного или немагнитного цилиндра.

Однофазный электродвигатель, мощность которого может быть от десятков ватт до десятка киловатт, применяются в бытовых приборах, устанавливаются в деревообрабатывающих станках, на транспортерах, в компрессорах и насосах. Преимущество их – возможность использования в помещениях, где нет трехфазной сети. По конструкции они не сильно отличаются от электродвигателей асинхронных трехфазного тока.

Для того чтобы понять принцип работы электродвигателя переменного тока, поместим изогнутый проводник в равномерном магнитном поле, создаваемом полюсами магнита.

Разница между генераторами переменного и постоянного тока заключается в отсутствии коллектора.

Асинхронные трехфазные электродвигатели являются прямыми энергетическими потребителями трехфазного тока. Такие модели применяются во многих отраслях производства.

На рисунке 2 изображена схема электродвигателя переменного тока. Синхронный генератор имеет такой же статор рис. 1. Питание обмотки статора переменным током происходит от трехфазной сети.

Изменение тока в фазах будет происходить также в фазах генератора. На рис. 2 ротор представлен как цилиндр с пазами, который установлен на медные либо алюминиевые стержни, связанные между собой кольцами на поверхностях ротора с торца.

Ток проходит в замкнутых проводниках. Вращение ротора асинхронного устройства различно от частоты магнитного поля.

Рис. 1 Принцип работы генератора переменного тока.

При одинаковом вращении проводники роторной обмотки перестают пересекать магнитное поле, и тогда исчезает вращающий момент. Потому электродвигатель переменного тока

Рис. 2 Трехфазный асинхронный двигатель

Рис. 3 Схема однофазного электродвигателя

На практике чаще используется понятие скольжения — отношение частоты вращения поля статора к частоте скольжения:

Между частотой вращения ротора и скольжением также имеется связь:

Постоянное переключение батареи равносильно питанию оборудования переменным током. Разница лишь в том, что у такого переменного тока низкая частота, так как за секунду можно 3-5 раз перевернуть батарейку, а у переменного тока направление изменяется 100 раз в секунду.

Если от понижающего трансформатора присоединить два проводника к зажимам прибора с одинаковым с батареей напряжением, то устройство электродвигателя переменного тока будет работать. Однако якорь его будет крутиться несколько медленнее, чем, если бы было питание постоянным током. При переменном токе появляется индуктивное сопротивление обмоток электродвигателя. Прикоснувшись рукой спустя 10-15 мин к его корпусу, можно заметить, что он нагрелся.

А при работе от батареи этого не происходит. При питании переменным током в стенках корпуса и в полюсах появляются потери от перемагничивания переменным потоком и вихревых токов. Для снижения этих потерь, корпус и полюсы однофазной коллекторной модели переменного тока собираются из штампованных листов электротехнической стали, которые изолированы пленкой лака один от другого и скреплены заклепками (рис. 4).

Рис. 4 Статор коллекторного электродвигателя

1 — Катушка; 2 — наконечник полюса; 3 — заклепка.

Коллекторные электродвигатели переменного тока работают только с последовательным возбуждением, и благодаря катушке параллельного возбуждения имели бы огромное индуктивное сопротивление при переменном токе.

Механические качества однофазного устройства подобны качествам двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. Вследствие этого они применяются тогда, когда от прибора требуется большая пусковая и высокая перегрузочная способность.

Применение коллекторных электродвигателей рассчитано на любую частоту вращения, тогда как у асинхронных, питающихся переменным током частотой 50 Гц, имеется максимальная синхронная частота вращения 3000 об/мин. Этот признак делает незаменимыми коллекторные модели для бытовых приборов, в частности для пылесосов. Коллекторные устройства легче асинхронных однофазовых в 2-3 раза.

Такие электродвигатели изготавливаются для низкого напряжения и питаются они от понижающего трансформатора и для напряжения сети 127 или 220 В. Для снижения опасности поражения электрическим током эти приборы используют в движущихся игрушках (электрические железные дороги, подъемные краны).

Электрические двигатели, питаемые от сети переменного тока, используются в пылесосах, швейных машинках, электробритвах и других электробытовых приборах.

Посредством электродвигателя электрическая энергия преобразуется в механическую. Мощность, количество оборотов в минуту, напряжение и тип питания являются основными показателями электродвигателей. Также, большое значение имеют массогабаритные и энергетические показатели.

Электродвигатели обладают большими преимуществами. Так, по сравнению с тепловыми двигателями сопоставимой мощности, по размеру электрические двигатели намного компактнее. Они прекрасно подходят для установки на небольших площадках, например в оборудовании трамваев, электровозов и на станках различного назначения.

При их использовании не выделяется пар и продукты распада, что обеспечивает экологическую чистоту. Электродвигатели делятся на двигатели постоянного и переменного тока, шаговые электродвигатели, серводвигатели и линейные.

Электродвигатели переменного тока, в свою очередь, подразделяются на синхронные и асинхронные.

Синхронный и асинхронный двигатель: отличия

Отличие работы двигателей — в роторе. У синхронного типа он заключается в постоянном или электрическом магните. Благодаря притягиванию разноименных полюсов вращающееся поле статора влечет и магнитный ротор. Их скорость получается одинаковой. Отсюда и название — синхронный.

В нем можно добиться, в отличие от асинхронного, даже опережения напряжения по фазам. Тогда устройство, подобно батареям конденсатора, может применяться для увеличения мощности.

Асинхронные двигатели, в свою очередь, просты и надежны, но их недостатком является трудность регулировки частоты вращения. Для реверсирования трехфазного асинхронного двигателя (то есть изменения направления его вращения в противоположную сторону) меняют расположение двух фаз или двух линейных проводов, приближающихся к обмотке статора.

Если рассматривать частоту вращения, то имеют и здесь синхронный и асинхронный двигатель отличия. В синхронном типе этот показатель является постоянным, в отличие от асинхронного. Поэтому первый используют там, где необходима постоянная скорость и полная управляемость, например, в насосах, вентиляторах и компрессорах.

Выявить на том или ином устройстве наличие рассматриваемых типов приборов очень просто. На асинхронном двигателе будет не круглое число оборотов (например, девятьсот тридцать в минуту), в то время как на синхронном — круглое (например, тысяча оборотов в минуту).

И те, и другие моторы управляются достаточно сложно. Синхронный тип имеет жесткую характеристику механики: при любой меняющейся нагрузке на вал мотора частота вращения будет одной и той же. При этом нагрузка, конечно, должна меняться с учетом того, чтобы двигатель способен ее выдержать, иначе это приведет к поломке механизма.

Так устроен синхронный и асинхронный двигатель. Отличия обоих видов обуславливают сферу их использования, когда один вид справляется с задачей оптимальным образом, для другого это будет проблематичным. В то же время можно встретить и комбинированные механизмы.

Чем асинхронные двигатели отличаются от синхронных

В данной статье рассмотрим принципиальные отличия синхронных электродвигателей от асинхронных, чтобы каждый читающий эти строки мог бы эти различия четко понимать.
Асинхронные электродвигатели более широко распространены сегодня, однако в некоторых ситуациях синхронные двигатели оказываются более подходящими, более эффективными для решения конкретных промышленных и производственных задач, об этом будет рассказано далее.

Прежде всего давайте вспомним, что же вообще такое электродвигатель. Электродвигателем называется электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращения ротора, и служащая в качестве привода для какого-нибудь механизма, например для приведения в действие подъемного крана или насоса.

Еще в школе всем рассказывали и показывали, как два магнита отталкиваются одноименными полюсами, а разноименными — притягиваются. Это постоянные магниты. Но существуют и переменные магниты. Каждый помнит рисунок с проводящей рамкой, расположенной между полюсами подковообразного постоянного магнита.

Горизонтально расположенная рамка, если по ней пустить постоянный ток, станет поворачиваться в магнитном поле постоянного магнита под действием пары сил (Сила Ампера), пока не будет достигнуто равновесие в вертикальном положении.

Если затем по рамке пустить постоянный ток противоположного направления, то рамка повернется дальше. В результате такого попеременного питания рамки постоянным током то одного, то другого направления, достигается непрерывное вращение рамки. Рамка здесь представляет собой аналог переменного магнита.

Приведенный пример с вращающейся рамкой в простейшей форме демонстрирует принцип работы синхронного электродвигателя. У любого синхронного электродвигателя на роторе есть обмотки возбуждения, на которые подается постоянный ток, формирующий магнитное поле ротора. Статор же синхронного электродвигателя содержит обмотку статора, для формирования магнитного поля статора.

При подаче на обмотку статора переменного тока, ротор придет во вращение с частотой, соответствующей частоте тока в обмотке статора. Частота вращения ротора будет синхронна частоте тока обмотки статора, поэтому такой электродвигатель называется синхронным. Магнитное поле ротора создается током, а не индуцируется полем статора, поэтому синхронный двигатель способен держать синхронные номинальные обороты независимо от мощности нагрузки, разумеется, в разумных пределах.

Асинхронный электродвигатель в свою очередь отличается от синхронного. Если вспомнить рисунок в рамкой, и рамку просто накоротко замкнуть, то при вращении магнита вокруг рамки, индуцируемый в рамке ток создаст магнитное поле рамки, и рамка будет стремиться догнать магнит.

Частота вращения рамки под механической нагрузкой будет всегда меньше частоты вращения магнита, и частота не будет поэтому синхронной. Этот простой пример демонстрирует принцип действия асинхронного электродвигателя.

В асинхронном электродвигателе вращающееся магнитное поле формируется переменным током обмотки статора, расположенной в его пазах. Ротор типичного асинхронного двигателя обмоток как таковых не имеет, вместо этого на нем расположены накоротко соединенные стержни (ротор типа «беличья клетка»), такой ротор называется короткозамкнутым ротором. Бывают еще асинхронные двигатели с фазным ротором, там ротор содержит обмотки, сопротивление и ток в которых можно регулировать реостатом.

Итак, в чем же принципиальное отличие асинхронного электродвигателя от синхронного? С виду внешне они похожи, порой даже специалист не отличит по внешним признакам синхронный электродвигатель от асинхронного. Главное же отличие заключается в устройстве роторов. Ротор асинхронного электродвигателя не питается током, а полюса на нем индуцирутся магнитным полем статора.

Ротор синхронного двигателя имеет обмотку возбуждения с независимым питанием. Статоры синхронного и асинхронного двигателя устроены одинаково, функция в каждом случае одна и та же — создание вращающегося магнитного поля статора.

Обороты асинхронного двигателя под нагрузкой всегда на величину скольжения отстают от вращения магнитного поля статора, в то время как обороты синхронного двигателя равны по частоте «оборотам» магнитного поля статора, поэтому если обороты должны быть постоянными при различных нагрузках, предпочтительней выбирать синхронный двигатель, например в приводе гильотинных ножниц лучше всего справится со своей задачей мощный синхронный двигатель.

Область применения асинхронных двигателей сегодня очень широка. Это всевозможные станки, транспортеры, вентиляторы, насосы, — все то оборудование, где нагрузка сравнительно стабильна, или снижение оборотов под нагрузкой не критично для рабочего процесса.

Некоторые компрессоры и насосы требуют постоянной частоты вращения при любой нагрузке, на такое оборудование ставят синхронные электродвигатели.

В чем ключевое отличие синхронного двигателя от асинхронного

Главное отличие синхронного от асинхронного двигателя заключается в устройстве ротора.

Роторы синхронных двигателей представляют собой постоянные или электрические магниты. Постоянное магнитное поле, создаваемое ими, взаимодействует с вращающимся магнитным полем статора.

В случае с асинхронным двигателем (который также называют индукционным) в пазы ротора вставляются короткозамкнутые металлические пластины. Кроме короткозамкнутой разновидности, применяются также фазные роторы, снабженные контактными кольцами, которые после разбега замыкаются накоротко.

В результате соотношение частоты оборотов двигателя, находящегося под нагрузкой, с частотой вращения, которая присуща магнитному полю статора, для разных типов двигателя следующее:

На основе понимания того, чем отличается асинхронный двигатель от синхронного, можно сформулировать главные преимущества и недостатки этих двигателей.

Источник

Видео

Синхронный и асинхронный двигатели. Отличия двигателей

Асинхронные и Синхронные двигатели и генераторы. Мощный #энерголикбез ПЕРСПЕКТИВЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Чем отличается асинхронный электро двигатель от синхронного, как устроен электро двигатель

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИДА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Принцип работы синхронного электродвигателя

Этому не учат, а стоило бы. Чем отличается звезда от треугольника? #звезда #треугольник #двигатель

Принцип работы асинхронного электродвигателя

Синхронные двигатели, Принцип действия и асинхронный пуск синхронного двигателя

Как работают ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ переменного тока? АСИНХРОННЫЙ и СИНХРОННЫЙ. Понятное объяснение!

Подключение асинхронного двигателя. Определение типа двигателя.

Синхронный асинхронный двигатель различия

В данной статье рассмотрим принципиальные отличия синхронных электродвигателей от асинхронных, чтобы каждый читающий эти строки мог бы эти различия четко понимать.

Асинхронные электродвигатели более широко распространены сегодня, однако в некоторых ситуациях синхронные двигатели оказываются более подходящими, более эффективными для решения конкретных промышленных и производственных задач, об этом будет рассказано далее.

Синхронные двигатели дороже в производстве, чем асинхронные, поэтому если есть возможность выбора и небольшое снижение оборотов под нагрузкой не критично, приобретают асинхронный двигатель.

Синхронные электродвигатели широко применяются в электроприводах, не требующих регулирования частоты вращения. По сравнению с асинхронными двигателями они имеют ряд преимуществ:

более высокий коэффициент полезного действия;

возможность изготовления двигателей с низкой частотой вращения, что позволяет отказаться от промежуточных передач между двигателем и рабочей машиной;

частота вращения двигателя не зависит от нагрузки па его валу;

возможность использования в качестве компенсирующих устройств реактивной мощности.

Синхронные электродвигатели могут являться потребителями и генераторами реактивной мощности. Характер и значение реактивной мощности синхронного двигателя зависят от величины тока в обмотке возбуждения. Зависимость тока в обмотке, выдающей напряжение в электрическую сеть, от тока возбуждения носит название U-образной характеристики синхронного двигателя. При 100%-ной нагрузке на валу двигателя его косинус фи равен 1. При этом электродвигатель не потребляет реактивной мощности из электрической сети. Ток в обмотке статора при этом имеет минимальное значение.

В чем разница асинхронного и синхронного двигателей

Различия в работе и стоимости

Принципиальным отличием между синхронными и асинхронными двигателями являются роторы, точнее, их исполнение.

У синхронных моделей при малых мощностях они представляют собой постоянные магниты.

Агрегаты используются на практике и как генераторы и как двигатели.

Два вида электродвигателей переменного тока

Асинхронные двигатели — наивная простота

Ротор то догоняет волну, то слегка отстает, потому что синхронно с ней бежать просто не может. Такое явление назвали «скольжением», догнав бегущее магнитное поле, ротор с беличьей клеткой теряет магнитную индукцию и дальше некоторое время просто скользит по инерции. А когда трение или нагрузка вынуждают его отстать от бегущего поля, он опять «почувствует» в себе изменения силовых линий обгоняющего его поля и снова обретет индукцию, а вместе с этим и силы двигаться.

То есть, ротор слегка проскальзывает: то догоняет бегущее равномерно по кругу магнитное поле, то «забывает, зачем бежал» и слегка приотстает, то снова «спохватывается» и опять стремится догнать. Постепенно эти отклонения стабилизируются — в зависимости от трения в подшипниках и величины нагрузки на вал — и асинхронный двигатель начинает работать просто со скоростью вращения, чуть меньшей частоты напряжения на статоре. Эта разница частот и называется частотой скольжения.

Двигатели синхронные: сложное в простом

Для того, чтобы ротор был связан с бегущей волной магнитного поля катушек статора жестким образом, придумали электродвигатель синхронный. А проблема решается просто. В роторе вместо изменяющегося магнитного поля от короткозамкнутых токов беличьей клетки нужно использовать постоянные магниты и их магнитное поле.

Вариантов два. Или это поле от постоянного магнита, закрепленного в роторе, или это поле от электромагнитов, установленных в роторе вместо такого магнита.

Обычный магнит, конечно, проще. Но тогда для стандартного функционирования таких электромоторов нужно, чтобы на них на всех — а используются тысячи электромоторов — магниты были строго одинаковы. Иначе параметры движения будут разными, а магниты еще имеют свойство размагничиваться.

Электромагнит, установленный в роторе двигателя, легче заставить вырабатывать поле нужного качества, но требуется электрический ток для его работы. Такой ток, который называется током возбуждения, в свою очередь нужно где-то брать и как-то на ротор подавать.

1 – ротор, 2 – коллектор возбуждения

Отсюда и происходит некоторое разнообразие конструкций синхронных двигателей. Но важнее всего то, что синхронные двигатели крутят свой вал строго синхронно частоте бегающего по кругу поля катушек статора, то есть скорость их вращения точно равна — или кратна (если обмоток статора больше трех) — частоте переменного тока в питающей сети.

Однако кроме всего прочего, синхронный двигатель обладает свойством полной обратимости. Потому что синхронный электродвигатель — это тот же самый генератор электрического тока, но работающий «в обратную сторону». В генераторе некоторая механическая сила вращает вал с ротором, и от этого в обмотках статора возникает наведенное электрическое напряжение от вращающегося магнитного поля ротора. А отличие синхронного двигателя от генератора в том, что напряжение в катушках статора порождает бегающее по кругу магнитное поле, которое, взаимодействуя с постоянным магнитным полем ротора, толкает его, чтобы ротор тоже вращался.

Только если в генераторе вращению ротора можно механически придать любую скорость, и от этого будет изменяться частота переменного тока, им генерируемого, то в синхронном двигателе такой роскоши нет. Синхронный двигатель вращается со скоростью изменения напряжения в сети, а оно у нас выдерживается строго в 50 герц.

Какой агрегат лучше

Источник

Что представляет собой синхронный двигатель?

Ключевые элементы синхронного электродвигателя:

Синхронный агрегат может функционировать в двух режимах:

История.

Принцип преобразования электрической энергии в механическую энергию электромагнитным полем был продемонстрирован британским учёным Майклом Фарадеем в 1821 и состоял из свободно висящего провода, окунающегося в пул ртути. Постоянный магнит был установлен в середине пула ртути. Когда через провод пропускался ток, провод вращался вокруг магнита, показывая, что ток вызывал циклическое магнитное поле вокруг провода. Этот двигатель часто демонстрируется в школьных классах физики, вместо токсичной ртути используют рассол. Это — самый простой вид из класса электрических двигателей. Последующим усовершенствованием является Колесо Барлова. Оно было демонстрационным устройством, непригодным в практических применениях из-за ограниченной мощности.

Что представляет собой асинхронный электродвигатель?

Принцип действия [ править | править код ]

В основу работы подавляющего числа электрических машин положен принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или индуктора (для машин постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или якоря (для машин постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока очень часто используются постоянные магниты.

Ротор асинхронного двигателя может быть:

короткозамкнутым;
фазным (с обмоткой) — используются там, где необходимо уменьшить пусковой ток и регулировать частоту вращения асинхронного электродвигателя. В большинстве случаев это крановые электродвигатели серии МТН, которые повсеместно используются в крановых установках.

Якорь — это подвижная часть машин постоянного тока (двигателя или генератора) или же работающего по этому же принципу так называемого универсального двигателя (который используется в электроинструменте). По сути универсальный двигатель — это тот же двигатель постоянного тока (ДПТ) с последовательным возбуждением (обмотки якоря и индуктора включены последовательно). Отличие только в расчётах обмоток. На постоянном токе отсутствует реактивное (индуктивное или ёмкостное) сопротивление. Поэтому любая «болгарка», если из неё извлечь электронный блок, будет вполне работоспособна и на постоянном токе, но при меньшем напряжении сети.

Принцип действия трёхфазного асинхронного электродвигателя [ править | править код ]

При включении в сеть в статоре возникает круговое вращающееся магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора и наводит в ней ток индукции. Отсюда, следуя закону Ампера (на проводник с током, помещённый в магнитное поле, действует отклоняющая сила), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов.

Сравнение

Вместе с тем асинхронные машины с короткозамкнутым ротором обладают и рядом недостатков. А именно:

Способы возбуждения синхронных генераторов

В синхронных генераторах получила применение также бесконтактная система электромагнитного возбуждения, при которой синхронный генератор не имеет контактных колец на роторе. В качестве возбудителя в этом случае применяют обращенный синхронный генератор переменного тока В

(рис. 1.3, б). Трехфазная обмотка
2
возбудителя, в которой наводится переменная ЭДС, расположена на роторе и вращается вместе с обмоткой возбуждения синхронного генератора и их электрическое соединение осуществляется через вращающийся выпрямитель
3
непосредственно, без контактных колец и щёток. Питание постоянным током обмотки возбуждения
1
возбудителя В осуществляется от подвозбудителя
ПВ
– генератора постоянного тока. Отсутствие скользящих контактов в цепи возбуждения синхронного генератора позволяет повысить её эксплуатационную надёжность и увеличить КПД.

В синхронных генераторах, в этом числе гидрогенераторах, получил распространение принцип самовозбуждения (рис. 1.4, а), когда энергия переменного тока, необходимая для возбуждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора и через понижающий трансформатор и выпрямительный полупроводниковый преобразователь ПП

преобразуется в энергию постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счёт остаточного магнетизма машины.

На рис. 1.4, б представлена структурная схема автоматической системы самовозбуждения синхронного генератора (СГ

) с выпрямительным трансформатором (
ВТ
) и тиристорным преобразователем (
ТП
), через которые электроэнергия переменного тока из цепи статора
СГ
после преобразования в постоянный ток подаётся в обмотку возбуждения. Управление тиристорным преобразователем осуществляется посредством автоматического регулятора возбуждения
АРВ
, на вход которого поступают сигналы напряжения на входе
СГ
(через трансформатор напряжения
ТН
) и тока нагрузки
СГ
(от трансформатора тока
ТТ
). Схема содержит блок защиты (
БЗ
), обеспечивающий защиту обмотки возбуждения (
ОВ
) от перенапряжения и токовой перегрузки.

Мощность, затрачиваемая на возбуждение, обычно составляет от 0,2 до 5 % полезной мощности (меньшее значение относится к генераторам большой мощности). В генераторах малой мощности находит применение принцип возбуждения постоянными магнитами, расположенными на роторе машины. Такой способ возбуждения даёт возможность избавить генератор от обмотки возбуждения. В результате конструкция генератора существенно упрощается, становится более экономичной и надёжной. Однако, из-за высокой стоимости материалов для изготовления постоянных магнитов с большим запасом магнитной энергии и сложности их обработки применение возбуждения постоянными магнитами ограничено машинами мощностью не более нескольких киловатт.

Синхронные генераторы

составляют основу электроэнергетики, так как практически вся электроэнергия во всём мире вырабатывается посредством синхронных турбо- или гидрогенераторов.

Так же синхронные генераторы находят широкое применение в составе стационарных и передвижных электроустановок или станций в комплекте с дизельными и бензиновыми двигателями.

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Электродвигатель переменного тока» в других словарях:

электродвигатель переменного тока

— — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN ас motor …

Рис. 1 Устройство простейшего коллекторного двигателя постоянного тока с двухполюсным статором и с двухполюсным ротором Двигатель постоянного тока электрическая машина, ма … Википедия

Машина переменного тока, предназначенная для работы в режиме двигателя (см. Переменного тока машина). П. т. э. подразделяют на синхронные и асинхронные. Синхронные электродвигатели (См. Синхронный электродвигатель) применяют в… …

Электрическая машина, применяемая для получения переменного тока (генератор) или для преобразования электрической энергии в механическую (двигатель) либо в электрическую энергию другого напряжения или частоты (преобразователь) П. т. м.… … Большая советская энциклопедия

Машина перем. тока, предназнач. для работы в режиме двигателя. П. т. э. подразделяют на синхронные и асинхронные. Синхронные электродвигатели применяют в электроприводах в осн. тогда, когда требуется постоянство угловой скорости. Из асинхронных… … Большой энциклопедический политехнический словарь

электропривод переменного тока

— электропривод постоянного [переменного] тока Электропривод, содержащий электродвигатель постоянного [переменного] тока. [ГОСТ Р 50369 92] Тематики электропривод EN ac drivealternating current drive DE Wechselstromantrieb … Справочник технического переводчика

электропривод постоянного (переменного) тока

— 3.1.3 электропривод постоянного (переменного) тока: Привод, содержащий электродвигатель постоянного (переменного) тока и редуктор;

Явление электромагнитной индукции стало основой возникновения и развития всех электрических машин. Первооткрывателем этого явления в конце 19 века был Майкл Фарадей, английский учёный — экспериментатор. Он провёл опыты с первыми электрическими машинами. Сейчас без них невозможно представить нашу жизнь. Электродвигатели стали одними из самых распространённых электрических машин.

Для работы электромотора необходимо напряжение, свойства которого определяют его конструкцию. На переменном напряжении и токе работают такие электродвигатели:

на постоянном напряжении и токе работают:

коллекторные;
униполярные;
шаговые.

Запуск электродвигателей

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

Пуск асинхронных двигателей большой мощности

Для запуска таких машин используются разные способы:

Пуск синхронных электромашин

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

Синхронный и асинхронный двигатель: отличия

Устройство и принцип работы

Основная движущая сила любого электрического двигателя – электромагнитная индукция. Электромагнитная индукция, если описать ее в двух словах – это появление силы тока в проводнике, помещенном в переменное магнитное поле. Источником переменного магнитного поля является неподвижный корпус двигателя с размещенными на нем обмотками – статор, подключенный к источнику переменного тока. В нем расположен подвижный элемент – ротор, в котором и возникает ток. По закону Ампера на заряженный проводник, помещенный в магнитное поле, начинает действовать электродвижущая сила – ЭДС, которая вращает вал ротора. Таким образом, электрическая энергия, которая подается на статор, превращается в механическую энергию ротора. К вращающемуся валу можно подключать различные механизмы, выполняющие полезную работу.

Электродвигатели переменного тока делятся на синхронные и асинхронные. Разница между ними в том, что в первых ротор и магнитное поле статора вращаются с одной скоростью, а во вторых ротор вращается медленнее, чем магнитное поле. Отличаются они и по устройству, и по принципу работы.

Асинхронный двигатель

На статоре асинхронного двигателя закреплены обмотки, создающие переменное вращающееся магнитное поле, концы которой выводятся на клеммную коробку. Поскольку при работе двигатель нагревается, на его валу устанавливается вентилятор системы охлаждения.

Ротор асинхронного двигателя выполнен с валом как одно целое. Он представляет собой металлические стержни, замкнутые между собой с двух сторон, из-за чего такой ротор еще именуется короткозамкнутым. Своим видом он напоминает клетку, поэтому его часто называют «беличьим колесом» Более медленное вращение ротора в сравнении с вращением магнитного поля – результат потери мощности при трении подшипников. Кстати, если бы не было этой разницы в скорости, ЭДС бы не возникала, а без нее не было бы и тока в роторе и самого вращения.

Магнитное поле вращается за счет постоянной смены полюсов. При этом соответственно меняется направление тока в обмотках. Скорость вращения вала асинхронного двигателя зависит от числа полюсов магнитного поля.

Объяснение принципа работы синхронного электродвигателя для «чайников»

С детства мы помним, что два магнита, если их приблизить друг к другу, в одном случае притягиваются, а в другом отталкиваются. Происходит это, в зависимости от того, что какими сторонами магнитов мы их соединяем, разноимённые полюса притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Это – постоянные магниты, у которых магнитное поле присутствует постоянно. Существуют и переменные магниты.

В школьном учебнике по физике есть рисунок, где изображён электромагнит в виде подковы и рамка с полукольцами на концах, которая расположена между его полюсами.

При расположении рамки в горизонтальном положении в пространстве между полюсами магнитов, из-за того, что магнит притягивает разноимённые полюса и отталкивает одноимённые, на рамку подаётся ток, одинакового знака. Вокруг рамки появляется электромагнитное поле (вот пример переменного магнита!), полюса магнитов притягивают рамку, и она поворачивается в вертикальное положение. При достижении вертикали, на рамку подаётся ток противоположного знака, электромагнитное поле рамки меняет полюсность, и полюса постоянного магнита начинают отталкивать рамку, вращая её до горизонтального положения, после чего цикл вращения повторяется.

В этом заключается принцип работы электродвигателя. Причём, примитивного синхронного электродвигателя!

Итак, примитивный синхронный электродвигатель работает, когда на рамку подаётся ток. У настоящего синхронного электродвигателя, роль рамки выполняет ротор с катушками проводов, называемых обмотками, на которые подаётся ток (они служат источниками электромагнитного поля). А роль подковообразного магнита выполняет статор, изготовленный либо из набора постоянных магнитов, либо тоже из катушек проводов (обмоток), которые, при подаче тока являются также источниками электромагнитного поля.

Ротор синхронного электродвигателя будет вращаться с такой же частотой, с какой меняется ток, подаваемый на клеммы обмотки, т.е. синхронно. Отсюда название этого электродвигателя.

Разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем | Сравните разницу между похожими терминами — Технология

Синхронный двигатель против асинхронного двигателя

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

Подробнее об асинхронных двигателях

Первые асинхронные двигатели, основанные на принципах электромагнитной индукции, независимо друг от друга изобрели Никола Тесла (в 1883 г.) и Галилео Феррарис (в 1885 г.). Из-за своей простой конструкции и прочного использования, а также низких затрат на строительство и техническое обслуживание, асинхронные двигатели были предпочтительнее многих других двигателей переменного тока для тяжелого оборудования и машин.

Конструкция и сборка асинхронного двигателя просты. Две основные части асинхронного двигателя — это статор и ротор. Статор в асинхронном двигателе представляет собой серию концентрических магнитных полюсов (обычно электромагнитов), а ротор — серию замкнутых обмоток или алюминиевых стержней, расположенных аналогично короткозамкнутой клетке, отсюда и название ротора с короткозамкнутой клеткой. Вал для передачи создаваемого крутящего момента проходит через ось ротора. Ротор находится внутри цилиндрической полости статора, но не имеет электрического соединения с какой-либо внешней цепью. Коммутатор, щетки или другие соединительные механизмы не используются для подачи тока на ротор.

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

Асинхронные двигатели предназначены для работы как с однофазным, так и с многофазным током, последний для тяжелых машин, требующих большого крутящего момента. Скорость асинхронных двигателей можно регулировать либо с помощью количества магнитных полюсов в полюсе статора, либо путем регулирования частоты входного источника питания. Скольжение, которое является мерой для определения крутящего момента двигателя, указывает на его КПД. Короткозамкнутые обмотки ротора имеют малое сопротивление, что приводит к возникновению большого тока для небольшого скольжения в роторе; следовательно, он производит большой крутящий момент.

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

Подробнее о синхронном двигателе

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

Есть три основных типа синхронных двигателей; двигатели с постоянными магнитами, двигатели с гистерезисом и реактивные двигатели. Постоянные магниты из неодима-бор-железа, самария-кобальта или феррита используются в качестве постоянных магнитов на роторе. Приводы с регулируемой скоростью, в которых статор питается от переменной частоты, переменного напряжения, являются основным применением двигателей с постоянными магнитами. Они используются в устройствах, которым требуется точный контроль скорости и положения.

Гистерезисные двигатели имеют прочный гладкий цилиндрический ротор, отлитый из магнитной «твердой» кобальтовой стали с высокой коэрцитивной силой. Этот материал имеет широкую петлю гистерезиса, то есть, как только он намагничивается в заданном направлении, ему требуется большое обратное магнитное поле в противоположном направлении для изменения намагниченности. В результате двигатель с гистерезисом имеет угол запаздывания δ, который не зависит от скорости; он развивает постоянный крутящий момент от запуска до синхронной скорости. Таким образом, он самозапускается и для его запуска не требуется индукционная обмотка.

Асинхронный двигатель против синхронного двигателя

• Синхронные двигатели работают с синхронной скоростью (RPM = 120f / p), в то время как асинхронные двигатели работают на скорости ниже синхронной (RPM = 120f / p — скольжение), а скольжение практически равно нулю при нулевом моменте нагрузки, а скольжение увеличивается с увеличением момента нагрузки. .

• Синхронным двигателям требуется постоянный ток для создания поля в обмотках ротора; от асинхронных двигателей не требуется подавать ток на ротор.

• Синхронным двигателям требуются контактные кольца и щетки для подключения ротора к источнику питания. Асинхронные двигатели не требуют контактных колец.

• Синхронным двигателям требуются обмотки в роторе, в то время как асинхронные двигатели чаще всего строятся с токопроводящими шинами в роторе или используют короткозамкнутые обмотки для образования «беличьей клетки».

Асинхронный и синхронный электродвигатели в автомобиле

Электродвигатели, работающие на том же законе, что и электромеханический преобразователь Якоби, тем не менее существенно от него отличаются. Электродвигатели разных типов обладают отличительными свойствами, которые обуславливают их область применения, в которой они наиболее полезны. Электрические двигатели становятся мощнее и компактнее, к тому же, их КПД значительно вырос. Так коэффициент полезного действия современного тягового электродвигателя может составлять 85-95 % в то время как максимальный КПД двигателя внутреннего сгорания без вспомогательных систем едва дотягивает 45 %. Вот о том, какими бывают асинхронный и синхронный электродвигатели в автомобиле, мы и поговорим в этой статье.

Содержание

Асинхронный электродвигатель
- Устройство асинхронного электродвигателя
- Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя
- Классы эффективности двигателей
Синхронный электродвигатель
- Устройство синхронного электродвигателя
- Рабочие характеристики синхронного электродвигателя
- Электронно-коммутируемые двигатели
Система трехфазного тока
- Создание вращающегося поля

Асинхронный электродвигатель

Асинхронный электродвигатель — основной привод, используемый в промышленности. К примеру, в автомобилестроении он используется в электроусилителях рулевого управления и в гибридных автомобилях. В следующем разделе представлена концепция работы асинхронного двигателя как индукционной машины. Приведен также энергетический анализ асинхронного двигателя в силу его явного преобладания среди приводов.

Устройство асинхронного электродвигателя

Различают двигатели с внешним ротором и внутренним ротором. У двигателей с внешним ротором статор находится внутри ротора, у двигателей с внутренним ротором наоборот — ротор находится внутри статора. На принципиальной схеме (рис. «Принцип работы асинхронного двигателя» ) показана принципиальная схема асинхронного двигателя с внутренним ротором.

Ротор состоит из короткозамкнутого каркаса с пакетом пластин (рис. «Короткозамкнутая клетка асинхронного электродвигателя» ), в качестве примера с четырьмя короткозамкнутыми стержнями). Пакет пластин полностью заполняет пространство короткозамкнутого каркаса (на рис. не показано). Он состоит из отдельных стальных листов, изолированных друг от друга, чтобы свести к минимуму потери вихревых токов.

Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя

Обмотка статора создает вращающееся поле с трехфазным переменным током. Между скоростью вращающегося поля и скоростью ротора возникает разница, создающая индукцию магнитно-эффективного тока в роторе, которая в свою очередь способствует созданию крутящего момента.

Физический принцип работы основан на законе магнитной индукции. На рис. «Двухполосный короткозамкнутый ротор» изображен ротор в виде упрощенного проводящего контура на вращающихся креплениях. Относительное перемещение между статором и ротором описывает угловая частота (o_s. Магнитное поле В_Е с угловой частотой, окружающее контур ротора, наводит напряжение в короткозамкнутом роторе в соответствии со вторым уравнением Максвелла:

ΦEds = -d/dt∫∫B_EdA (уравнение 12)

На основании этого уравнения и конструктивных переменных двигателя (см. рис. 13) получаем:

2E (l+2r) п = 2lr·В_Е·ω sin(ωt) (уравнение 13)

где:

Е = I · А_nom/к (к — удельная электропроводность), напряжение создает магнитноэффективную мощность

i = (к·А_nomlr·ω_s/(l+r))·sin(ω_st) (уравнение 14)

в проводящем контуре, магнитное поле которого

H_ind = i·N/l_Fe

и плотность потока (магнитная индукция)

B_ind = μ·H_ind

ослабляет исходное вращающееся поле В_Е(индуктивное сопротивление). Нижеследующее уравнение применимо для получения результирующей магнитной индукции:

B_R= B_E-B_ind

В уравнении Максвелла (уравнение 13) вместо В_Е остается результирующая магнитная индукция B_R. На проводящий контур воздействует тангенциальная сила F_t:

F_t = i l B_Rsin(ω_st) (уравнение 15)

(сила Лоренца). Она используется для вычисления крутящего момента. Для уравнений 14 и 15 справедливо следующее:

M=2 F_tr = (2 k·A_nomω_s/(l+r))·(lr·B_Rsin(ω_st))²

На рис. «Распределение крутящего момента асинхронного двигателя» показаны две характеристические кривые. Одна из них отображает крутящий момент под влиянием индуктивного сопротивления. На него может повлиять геометрия вала ротора и выбор материалов. Другая кривая отображает крутящий момент без влияния индуктивного сопротивления. Это ограниченный случай для технической реализации.

При увеличении угловой частоты индуктивное сопротивление сначала приводит к увеличению крутящего момента вплоть до достижения переломного момента. Это максимально возможный крутящий момент двигателя. Впоследствии он падает из-за увеличивающегося влияния индуктивного сопротивления. Рассеяние мощности Р_v, возникающее в проводящем контуре, вычисляется на основе сопротивления проводящего контура R_s и тока, наведенного в контуре i_s:

P_v = R_s— i_s²

Таким образом, рассеяние мощности растет пропорционально квадрату наведенного тока.

Классы эффективности двигателей

СЕМЕР Европейский Комитет изготовителей электродвигателей и силовой электроники) ввел классификацию эффективности на базе трех классов (EFF1, EFF2 и EFF3). Классы эффективности применяются к трехфазным асинхронным двигателям с двумя и четырьмя полюсами, а также с выходной мощностью от 1,1 до 90 кВт (рис. «Эффективность и выходная мощность» ).

Синхронный электродвигатель

Синхронные электродвигатели используются, в основном, в качестве генераторов переменного тока с клювообразными полюсами. В качестве электродвигателей они используются, например, в электроусилителях руля, в электроприводах гибридных автомобилей и в электроприводах турбонагнетателей.

Устройство синхронного электродвигателя

В отличие от асинхронного двигателя, в синхронном ротор вращается синхронно с полем возбуждения с угловой скоростью ω_Φ_S. Магнитный поток Ф_R, создаваемый обмоткой ротора, и магнитный поток статора Ф_Sнакладываются друг на друга относительно результирующего магнитного потока Ф_RS(рис. «Базовая конструкция синхронного двигателя» ):

Ф_RS= Ф_R+ Ф_S

Поскольку ротор и статор работают намного ниже уровня магнитного насыщения (μ_r—> ∞), воздушный зазор δ между ротором и статором, а также угол а определяют сопротивление магнитной цепи R_m.

R_m = 2δ/μ₀A_r = 2d/μ₀A_rcosa (уравнение 16).

Коэффициент 2 используется потому, что между ротором и статором имеются два зазора. Если электродвигатель выдает крутящий момент, то ротор вращается с углом а из положения холостого хода (рис. «Силы на роторе» ).

Результирующий магнитный поток Ф_RSрассчитывается по формуле:

Ф_RS= Θ_er/R_m + Ф_S

При R_m из уравнения 16 имеем:

Ф_RS= (Θ_erμ₀A_rcosa + 2d·Ф_S) /2d

При Θ_er = NI_er получаем:

Ф_RS= N I_erμ₀A_rcosa+2d Ф_S/2d (Уравнение 17).

Θ_er — это магнитное «захлебывание» ротора, а I_еr— ток возбуждения, подаваемый на ротор через контактные кольца. Влияющая на крутящий момент тангенциальная сила F_t вычисляется по формуле полюсной силы Максвелла:

F_t = (Ф_RS²/μ₀A_r) sin а (уравнение 18)

Тангенциальная сила используется для вычисления крутящего момента двигателя М_M:

M_M = 2F_tr (уравнение 19).

Уравнение 17 вставляется в уравнение 18 и результат в уравнении 19 дает следующую зависимость:

М_м=-(r sin а/μ₀A_rd²)·[(N I_erμ₀A_rcosa)²+4 N I_erμ₀A_rd Ф_Scosa + 4 d²Ф_S²]

Первый член зависит только от тока возбуждения I_er и соответствует моменту от зубцовых гармонических помех поля. Второй член создает момент двигателя в решающей степени. Здесь можно увидеть линейную зависимость «захлебывания» ротора Θ = I_erN и магнитного потока статора Ф_s. Третий член также создает крутящий момент и зависит лишь от магнитного потока статора.

Рост внешнего нагружающего момента приводит к увеличению угла нагрузки а и, стало быть, к изменению момента двигателя М_м (рис. «Кривая момента и угла отклонения» ). Максимальный создаваемый двигателем момент обозначается как М_кв положении а_к. При превышении а_к электродвигатель «буксует».

Рабочие характеристики синхронного электродвигателя

Схема синхронного двигателя может быть выполнена в виде однофазной эквивалентной электрической схемы, где источником напряжения считается напряжение, индуцируемое ротором в статоре (напряжение на полюсном колесе U_p, а остаточные индуктивные сопротивления складываются, образуя синхронное сопротивление Х_S (рис. «Однофазная эквивалентная электрическая схема синхронного электродвигателя» ). Напряжение сверх синхронного сопротивления обозначается как U_s, а напряжение на клеммах — U₀. Направление тока указывается в соответствии с системой стрелок для устройств-потребителей. В то время как при работе двигателя ток течет к потребителям, при работе генератора он течет от генератора. Составив сеточное уравнение, получаем ток I

I = U₀— U_p/ Х_S(уравнение 20).

На напряжение на полюсном колесе влияет ток возбуждения. Формулы выводятся ниже. Имеем:

U_p= d Ф_R/ dt

При косинусоидальном магнитном потоке Ф_R и

Ф_R= B A_S

включая его временное дифференцирование, получаем:

U_p =Ф_Rω_ФSsin(ω_ФSt)

=B_R A_S ω_ФSsin(ω_ФSt)

=μ H_R A_Sω_ФSsin(ω_ФSt)

Интенсивность создаваемого в роторе магнитного поля описывается законом Ампера. Напряжение на полюсном колесе:

U_P = μ(ΘR/2δ) A_Sω_ФSsin(ω_ФSt)

=I_er(μ N/2δ)A_Sω_ФSsin(ω_ФSt)

= u_psin(ω_ФSt)

в этом случае будет линейно зависимым от тока возбуждения I_{er .}Временно изменяемое напряжение на полюсном колесе преобразуется в эффективное по формуле:

U_P = u_p/√2

На базе сеточного уравнения (уравнение 20) можно вывести три рабочих со ия синхронного двигателя в зависимости от напряжения на полюсном колесе (рис. «Рабочее состояние синхронного двигателя» ):

случай 1: U_Р< U₀, недостаточное возбуждение, индуктивное поведение;

случай 2: Up = U₀, работа вхолостую;

случай 3: Up > U₀, избыточное возбуждение, как конденсатор.

Первый случай имеет место, пока U_P<U₀. Если I_еr = 0, то в качестве наведенного напряжения принимается лишь самонаводящееся напряжение. Если на ротор подается ток, то действует вызываемая ротором взаимная индукция. Первый случай называется недостаточным возбуждением. Ток отстает от напряжения на 90° (φ(I,U)< 0). Синхронный двигатель демонстрирует индуктивные характеристики.

Дальнейшее повышение тока возбуждения приводит к U_p = U₀. В результате получаем второй случай (работа вхолостую). Ток I₁ становится равен нулю, если через синхронное сопротивление больше не подается напряжение.

Дальнейшее повышение тока возбуждения при U_P> U₀ приводит к третьему случаю (избыточное возбуждение).

Все три случая относятся к работе двигателя и генератора. Для однофазной эквивалентной электрической схемы напряжение и ток обозначаются стрелками. Кроме того, определяется нагрузочный угол β между напряжениями U₀ и U_s. Для работы двигателя нагрузочный угол β < 0 (рис. а, «Рабочие характеристики синхронного двигателя, работающего в режиме двигателя» ). Треугольник напряжений замыкается напряжением U_s.

Синхронное сопротивление означает, что протекает ток I₁(опережающий на 90° напряжение U_s. Он разбивается на следующие компоненты: активный ток I_W и реактивный ток I_в (рис. а, «Рабочие характеристики синхронного двигателя, работающего в режиме двигателя» ).

Если напряжение на полюсном колесе уменьшить так, чтобы стрелка реактивного напряжения U_sнаходилась вертикально на стрелке напряжения на клеммах, то двигатель будет лишь потреблять активный ток (рис. Ь,»Рабочие характеристики синхронного двигателя, работающего в режиме двигателя» ).

Дальнейшее снижение напряжения на полюсном колесе приводит к недостаточному возбуждению. Ток I₁ отстает от напряжения U_s на 90°, что равноценно индуктивным характеристикам двигателя (рис. с, «Рабочие характеристики синхронного двигателя, работающего в режиме двигателя» ).

При приложении к двигателю крутящего момента, он переходит в режим генератора. Работа в режиме генератора отличается положительным нагрузочным углом β (рис. «Рабочие характеристики синхронного двигателя в режиме генератора» ). Знак тока становится отрицательным. Ток опекает от электродвигателя. В случае перевозбуждения электродвигатель ведет себя как конденсатор. Он выдает реактивную мощность (рис. а,»Рабочие характеристики синхронного двигателя в режиме генератора» ).

Если напряжение на полюсном колесе уменьшить так, чтобы стрелка реактивного напряжения Us находилась вертикально на стрелке напряжения на клеммах, то двигатель будет лишь выдавать активный ток (рис. Ь, «Рабочие характеристики синхронного двигателя в режиме генератора» ).

Дальнейшее снижение напряжения на полюсном колесе приводит к недостаточному возбуждению. Электродвигатель ведет себя индуктивно. Он потребляет реактивную мощность (рис. с, «Рабочие характеристики синхронного двигателя в режиме генератора» ).

Электронно-коммутируемые двигатели

В случае с электронно-коммутируемыми двигателями (электронные двигатели), возбуждающая обмотка ротора, в том числе электрический контакт с токоприемными кольцами, не требуются. Электронно-коммутируемые двигатели представляют собой бесщеточные синхронные двигатели, где роторы снабжаются постоянными магнитами. Постоянные магниты могут располагаться, к примеру, на поверхности ротора или внутри него (рис. «Виды роторов для электронных двигателей» ). Коммутация тока происходит в фиксированной обмотке статора с помощью электронного блока (рис. «Активационная электроника электронно-коммутируемого двигателя» ).

Частота вращения электроннокоммутируемого двигателя задается частотой окружающего поля статора. Для определения положения ротора требуются датчики. Широко распространены датчики Холла, устанавливаемые в рабочем зазоре для обеспечения цикличного переключения между ветвями обмотки с помощью активационной электроники.

Пример HTML-страницы

Система трехфазного тока

Техническое значение имеет применение системы трехфазного переменного тока в качестве системы трехфазного тока, основной особенностью которой является то, что сумма всех напряжений и токов всегда равна нулю.

Электрические цепи называются фазами т. Совокупность электрических цепей, в которых напряжения одной частоты оказывают воздействие и имеют фазовый, сдвиг называются многофазными системами. Многофазная система состоит из ветвей обмотки. В многофазной системе может быть п = 3 симметричных систем (рис. «Симметричные системы» ). Во всех симметричных системах — за исключением нулевой системы — сумма всех векторов равна нулю. При количестве фаз т получаем п симметричных систем в зависимости от угла сдвига фаз а:

а = 2π n/m

Задача обмоток — создание вращающегося поля. Асинхронные двигатели имеют такую же конструкцию статора. В воздушном зазоре должно создаваться магнитное поле с постоянной амплитудой, вращающееся с постоянной угловой скоростью. Чтобы создать это поле, временные положения фаз токов должны совпадать с пространственными положениями соответствующих ветвей. У простой симметричной системы (п = 1) с т = 3 три ветви (обозначаемые как U, V и W) и, следовательно, обмотки должны быть равномерно распределены по окружности. На рис. «Обмотка двухполюсного двигателя с одной парой полюсов на каждую ветвь» показано расположение обмотки с тремя ветвями, с одной катушкой на каждую пару полюсов и ветвь. Схемы соединений фаз регламентируются стандартом DIN EN 60034, часть 8.

Создание вращающегося поля

Чтобы создать вращающееся поле в случае с простой симметричной системой (п = 1) с количеством ветвей т = 3, ветви должны быть геометрически смещены на электрически эффективный угол:

а_еI = 360°·1/3 = 120°.

При одной катушке на каждую пару полюсов и ветвь создаваемое магнитное поле вращается против часовой стрелки, при этом «индикаторная полоска», смещающаяся вправо на рисунке а, «Создание вращающегося поля с одной катушкой на ветвь» (при а = 90°), показывает ток фазы в каждой из ветвей на рис. Ь, «Создание вращающегося поля с одной катушкой на ветвь» в направлении магнитного потока. Расположение образует пару полюсов. Соответствующие магнитные потоки проходят вертикально к плоскости ветвей обмотки (рис. Ь, «Создание вращающегося поля с одной катушкой на ветвь»).

Поток Ф_Res (рис. с, «Создание вращающегося поля с одной катушкой на ветвь»), получаемый из трех ветвей, а также его направление достигаются геометрическим сложением трех отдельных потоков Ф_U, Ф_V И Ф_W.

Продвижение индикаторной полоски на угол а = 180° приводит к реверсированию направления тока в ветви W и, следовательно, к дальнейшему повороту созданного поля Ф_Res вправо (рис. «Создание вращающегося поля с одной катушкой на ветвь 2»).

При использовании двух катушек на одну ветвь расположение проводников «удваивается». Если обмотка должна образовывать две пары полюсов (р = 2), то обмотки необходимо делить на группы (рис. «Обмотка с двумя парами полюсов на каждую ветвь» ). При этом устанавливается механически эффективный угол:

a_m = 360° · (1/mp) = 60°.

Электрически эффективный угол остается без изменения. В случае как двухполюсного, так и четырехполюсного расположения поле вращается против часовой стрелки (рис. «Создание вращающегося поля с двумя катушками на ветвь» ). Чаcтоту вращения поля:

n_d = f_n/p

можно вычислить на основании частоты в линии f_n и количества пар полюсов р. При р = 1 частота вращения поля равна частоте в линии (табл. «Частота вращающихся полей» ).

Вместе с количеством пар полюсов можно вычислить межполюсное расстояние:

τ_p = d_si /2π

как долю окружности статора, где d_si — внутренний диаметр статора. Он соответствует длине синусоидальной полуволны, которая соответствует распределению индукции поля ротора. В случае с двухполюсным двигателем (р = 1), межполюсное расстояние всегда равно a_ei = 180° (электрический угол) и совпадает с механическим углом a_m. Взаимозависимость этих двух углов показывает угол a_ei=p—a_m. Чтобы в обмотках наводилось одинаковое напряжение, ветви обмотки должны быть смещены относительно друг друга на угол a_ei = 120° или 2τ_p/ 3, а структура и количество катушек должны быть одинаковыми. На каждую ветвь приходится одна треть межполюсного расстояния.

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Пример HTML-страницы

Основное различие между синхронным и асинхронным двигателем

Электрические двигатели представляют собой машины, преобразующие электрическую энергию в механическую для выполнения механических операций. Эти двигатели могут быть рассчитаны на работу с переменным током (AC) или постоянным током (DC). Двигатели переменного тока делятся на два типа; Синхронные двигатели и асинхронные двигатели. Оба они имеют некоторое сходство, например, в своей конструкции, но они совершенно разные в работе и своих характеристиках.

Прежде чем перейти к списку различий между синхронным двигателем и асинхронным двигателем, мы собираемся обсудить их основы и принцип их работы. Для ясного объяснения вы можете знать разницу между однофазным и трехфазным источником питания, связанную с работой однофазных и трехфазных двигателей переменного тока.

Связанная запись: Разница между однофазным и трехфазным асинхронным двигателем

Как работает двигатель переменного тока?

Как мы знаем из нашей предыдущей статьи «Различия между двигателями переменного и постоянного тока», двигатели постоянного тока работают по принципу действия магнитного поля на проводник с током, который испытывает механическую силу. Где статор создает статическое магнитное поле, а ротор, состоящий из нескольких обмоток, несет входной постоянный ток.

В двигателях переменного тока используется идея RMF вращательного магнитного поля. Статор состоит из нескольких обмоток, которые создают переменное магнитное поле при подаче на вход переменного тока. Это магнитное поле вращается вокруг ротора.

Ротор, состоящий из обмоток или проводников с замкнутым контуром, пропускает ток через индукцию или внешний источник тока, генерирующий собственное магнитное поле. Магнитное поле, создаваемое ротором, взаимодействует с вращающимся магнитным полем и начинает вращаться в его направлении.

Относительная разница между полем вращения статора и скоростью вращения ротора называется скольжением. если скольжение двигателя равно нулю или ротор имеет ту же скорость вращения, что и поле вращения статора, двигатель называется синхронным двигателем переменного тока. если двигатель переменного тока имеет скольжение или существует разница между скоростью вращения поля статора и ротора, двигатель называется асинхронным двигателем. Чтобы узнать больше о различных типах двигателей, обратитесь к предыдущим сообщениям о двигателе BLDC (бесщеточный двигатель постоянного тока), шаговых двигателях и серводвигателях.

Похожие сообщения:

Разница между двигателями переменного и постоянного тока
Разница между генератором переменного и постоянного тока

Синхронный двигатель

Как следует из названия, ротор синхронного двигателя предназначен для вращения с той же скоростью, что и его магнитное поле, вращающееся в статоре, называемое синхронной скоростью .

Статор создает вращающееся магнитное поле при подаче переменного тока. Ротор может быть спроектирован так, чтобы генерировать собственное магнитное поле с помощью внешний источник постоянного тока через токосъемные кольца или постоянный магнит .

Ротор предназначен для создания магнитных полюсов, равных или кратных полюсам статора. Когда статор и ротор находятся под напряжением, магнитное поле ротора блокируется вращательным магнитным полем статора, и он вращается с точной скоростью поля статора.

Из-за инерции синхронный двигатель не сразу запускается на синхронной скорости (вращательное магнитное поле). Поэтому дополнительная обмотка под названием « Демпферная обмотка ” служит для обеспечения пускового момента. Он действует как асинхронный двигатель во время запуска. Таким образом, это говорит о том, что синхронные двигатели не являются самозапускающимися , им нужен дополнительный пусковой механизм.

Это может быть двигатель с отдельным возбуждением или без него, т. е. первый требует отдельного источника постоянного тока, питает обмотки ротора и создает магнитное поле, а второй описывает синхронный двигатель, ротор которого предназначен для намагничивания вращающимся магнитным полем статора и вращается вместе с ним.

Ротор синхронного двигателя вращается с синхронной скоростью, которая зависит от частоты сети и полюсов обмоток статора. Следовательно, скорость двигателя не зависит от нагрузки. Чтобы изменить скорость синхронного двигателя, необходимо изменить частоту питания. Это достигается с помощью VFD (частотно-регулируемый привод).

Похожие сообщения:

Однофазный асинхронный двигатель – конструкция, работа, типы и применение
Трехфазный асинхронный двигатель – конструкция, работа, типы и применение

Асинхронный двигатель

Название асинхронного двигателя предполагает, что скорость вращения ротора асинхронна со скоростью вращения магнитного поля статора. Точнее, ротор асинхронного двигателя вращается с относительно меньшей скоростью, чем статор RMF. Это связано с наличием проскальзывания между скоростью вращения его статора и ротора.

Ротор асинхронного двигателя представляет собой либо короткозамкнутый ротор с обмоткой. Ротор с короткозамкнутым ротором состоит из тяжелых медных стержней, соединенных на концах с помощью проводящего кольца, которое электрически замыкает их друг на друга. Ротор витого типа состоит из нескольких обмоток поверх стального многослойного сердечника.

Вращающееся магнитное поле статора вызывает индуцированный ток в роторе. Этот индуцированный ток течет внутри ротора, создавая собственное магнитное поле. Согласно закону Ленца, это поле ротора противодействует причине, которая его создает, и пытается устранить ее, догоняя скорость RMF статора (синхронная скорость). При этом ротор вращается в направлении RMF статора. Поскольку он работает по принципу индукции, поэтому асинхронный двигатель также известен как асинхронный двигатель 9. 0011 .

Асинхронный двигатель никогда не может работать на синхронной скорости, он всегда медленнее синхронной скорости и зависит от скольжения двигателя. Причина в том, что индуцированный ток в роторе генерируется из-за разницы между полем статора и ротора. если, в случае, если он работает на синхронной скорости, это означает, что ротор магнитно заблокирован, и между статором и полем ротора нет разницы. Следовательно, не было бы магнитного потока, индуцирующего ток в роторе. Магнитный поток необходим для асинхронного двигателя, поэтому он должен работать на более низкой скорости, чем его синхронная скорость.

Ротор с короткозамкнутым ротором имеет более простую конструкцию и позволяет индуцированному току протекать через медные стержни. В то время как ротор с обмоткой позволяет пользователю изменять ток ротора во время его запуска, как это используется в «Моторном пускателе». Смысл в том, чтобы безопасно запустить двигатель, уменьшив огромный пусковой ток, потребляемый асинхронным двигателем. Обычно это делается путем последовательного включения переменного резистора с обмотками ротора через токосъемные кольца.

Скорость асинхронного двигателя зависит от скольжения двигателя, которое зависит от нагрузки и сопротивления ротора. Другими словами, скорость асинхронного двигателя может изменяться в зависимости от нагрузки или за счет изменения сопротивления ротора.

Связанный пост:

Разница между трансформатором и асинхронным двигателем
Разница между генератором переменного тока и генератором

Различия между синхронным двигателем и асинхронным двигателем

В следующей таблице показаны основные различия между синхронным двигателем и асинхронным (асинхронным) двигателем.

Синхронный двигатель	Асинхронный двигатель
Синхронный двигатель представляет собой двигатель переменного тока, который работает с синхронной скоростью.	Асинхронный двигатель — это тип двигателя переменного тока, который работает на скорости ниже синхронной.
Работает по принципу магнитной блокировки между полем ротора и статора.	Работает по принципу электромагнитной индукции между статором и ротором.
Скольжения нет, т.е. скольжение синхронного двигателя равно 0.	В асинхронном двигателе имеется скольжение, и оно всегда больше 0.
Скорость двигателя зависит от частоты сети и количества полюсов статора. Н _с = 120 ф / Р	Скорость двигателя зависит от нагрузки, сопротивления ротора и скольжения, с. она всегда меньше синхронной скорости. N = N _с (1-с) N < N _с
Скорость не меняется при изменении нагрузки, подключенной к двигателю.	Скорость меняется в зависимости от нагрузки двигателя.
Это не самозапуск и требует дополнительных обмоток для запуска двигателя.	Асинхронные двигатели запускаются самостоятельно и не требуют дополнительного механизма.
Для ротора требуется дополнительный источник тока.	Ротор асинхронного двигателя не требует дополнительного питания.
Синхронный двигатель с независимым возбуждением требует дополнительного источника постоянного тока для питания обмотки ротора.	Дополнительный источник не требуется.
Также необходимы контактные кольца и щетки для подачи постоянного тока на обмотки ротора.	Не требует токосъемных колец, однако в витом типе могут использоваться токосъемные кольца для контроля скорости.
Скорость двигателя регулируется только путем изменения частоты питания через ЧРП.	Скорость двигателя можно регулировать с помощью переменного сопротивления ротора, а также устройств ЧРП.
Подача входного напряжения не влияет на скорость или крутящий момент синхронного двигателя.	Источник входного напряжения может использоваться для изменения крутящего момента и скорости двигателя.
Колебания сетевого напряжения не влияют на работу синхронного двигателя.	Колебания сетевого напряжения влияют на его скорость и работу.
Первоначальная стоимость выше, чем у асинхронного двигателя.	Асинхронные двигатели дешевле.
Это операция сложная.	Это операция проста и удобна для пользователя.
If обеспечивает высокую эффективность и точность.	Они не так эффективны, как синхронный двигатель.
Может легко работать на очень низкой скорости с помощью ЧРП.	Довольно сложно работать на низкой скорости.
Лучше всего работает при низкой скорости, обычно ниже 300 об/мин.	Лучше всего подходит для работы на скорости выше 600 об/мин.
Может работать с отстающим, опережающим или единичным коэффициентом мощности путем регулировки возбуждения.	Асинхронный или асинхронный двигатель всегда работает с отстающим коэффициентом мощности.
Его также можно использовать для коррекции коэффициента мощности одновременно, используя его в опережающем коэффициенте мощности.	Его нельзя использовать для корректировки коэффициента мощности, а только для управления механическими нагрузками.
Поскольку он работает с постоянной скоростью, внезапные изменения нагрузки вызовут колебания потребляемого тока.	В асинхронном двигателе такого явления нет.

Вывод этой статьи состоит в том, что синхронные двигатели эффективны, но дороже и используются для приложений со сверхнизкими оборотами, предлагая функцию коррекции коэффициента мощности. С другой стороны, асинхронные двигатели используются для высоких оборотов с переменной скоростью, они недороги и просты в эксплуатации.

Связанный пост об электрических двигателях.

Машина постоянного тока – конструкция, работа, типы и применение
Управление скоростью двигателя постоянного тока – методы контроля напряжения, реостата и потока
Расчет размера кабеля для двигателей LT и HT.
Что такое стартер двигателя? Типы пускателей двигателей и методы пуска двигателей
Пускатель прямого действия — схема подключения пускателя DOL для двигателей
Разница между приводами переменного и постоянного тока

Показать полную статью

Связанные статьи

Кнопка «Вернуться к началу»

Разница между синхронным и асинхронным двигателем (со сравнительной таблицей)

Разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем объясняется с учетом таких факторов, как его тип, скольжение, потребность в дополнительном источнике питания, потребность в контактном кольце и щетках, их стоимость, эффективность, коэффициент мощности, ток питания, скорость, самозапуск. , влияние на крутящий момент из-за изменения напряжения, их рабочей скорости и различных применений как синхронного, так и асинхронного двигателя.

Разница между синхронным и асинхронным двигателем поясняется ниже в табличной форме.

ОСНОВА	СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ	АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Определение	Синхронный двигатель – это машина, у которой скорость вращения ротора и скорость магнитного поля статора равны. N= NS = 120f/P	Асинхронный двигатель – это машина, ротор которой вращается со скоростью, меньшей синхронной скорости. Н < НЗ
Тип	Бесщеточный двигатель, двигатель с переменным сопротивлением, реактивный двигатель с переключателем и двигатель с гистерезисом являются синхронными двигателями.	Асинхронный двигатель переменного тока известен как асинхронный двигатель.
Скольжение	Без скольжения. Значение скольжения равно нулю.	Имеют скольжение, поэтому значение скольжения не равно нулю.
Дополнительный источник питания	Требуется дополнительный источник питания постоянного тока для первоначального вращения ротора, близкого к синхронной скорости.	Не требует дополнительного пускового источника.
Контактное кольцо и щетки	Требуются контактное кольцо и щетки	Контактное кольцо и щетки не требуются.
Стоимость	Синхронный двигатель дороже по сравнению с асинхронным двигателем	Менее дорогой
Эффективность	Эффективность выше, чем у асинхронного двигателя.	Менее эффективный
Коэффициент мощности	Путем изменения возбуждения коэффициент мощности можно отрегулировать соответственно как отстающий, опережающий или равный единице.	Асинхронный двигатель работает только с отстающим коэффициентом мощности.
Источник тока	Ток подается на ротор синхронного двигателя	Ротор асинхронного двигателя не требует тока.
Скорость	Скорость двигателя не зависит от изменения нагрузки. Это постоянно.	Скорость асинхронного двигателя уменьшается с увеличением нагрузки.
Самозапуск	Синхронный двигатель не самозапускающийся	Самозапускающийся
Влияние на крутящий момент	Изменение приложенного напряжения не влияет на крутящий момент синхронного двигателя	Изменение приложенного напряжения влияет на крутящий момент асинхронного двигателя
Рабочая скорость	Работают плавно и относительно хорошо при низкой скорости, ниже 300 об/мин.	Двигатель со скоростью выше 600 об/мин работает отлично.
Применение	Синхронные двигатели используются на электростанциях, в обрабатывающей промышленности и т. д. Они также используются в качестве регуляторов напряжения.	Используется в центробежных насосах и вентиляторах, воздуходувках, бумажных и текстильных фабриках, компрессорах и лифтах. и т. д.

Синхронный двигатель — двигатель, работающий на синхронной скорости, т. е. скорость вращения ротора равна скорости статора двигателя. Отсюда следует соотношение N = N _S = 120f/P, где N — скорость вращения ротора, а Ns — синхронная скорость.

Асинхронный двигатель — это асинхронный двигатель переменного тока. Ротор асинхронного двигателя вращается со скоростью, меньшей скорости синхронного, т.е. N < N _S

Синхронным двигателем называется машина, у которой скорость вращения ротора и скорость магнитного поля статора равны. Асинхронный двигатель – это машина, ротор которой вращается со скоростью меньше синхронной.
Бесщеточный двигатель, двигатель с переменным сопротивлением, реактивный двигатель с переключателем и двигатель с гистерезисом являются синхронным двигателем. Асинхронный двигатель переменного тока известен как асинхронный двигатель.
Синхронный двигатель не имеет скольжения. Значение скольжения равно нулю. Асинхронный двигатель имеет скольжение, поэтому величина скольжения не равна нулю.
Синхронному двигателю требуется дополнительный источник питания постоянного тока для первоначального вращения ротора, близкого к синхронной скорости. Асинхронный двигатель не требует дополнительного пускового источника.
Контактное кольцо и щетки необходимы для синхронного двигателя, тогда как для асинхронного двигателя контактное кольцо и щетки не требуются. Только для асинхронного двигателя с обмоткой требуется как контактное кольцо, так и щетки.
Синхронный двигатель дороже асинхронного двигателя.
Эффективность синхронного двигателя выше, чем у асинхронного двигателя.
Путем изменения возбуждения коэффициент мощности синхронного двигателя можно отрегулировать соответственно как отстающий, опережающий или единичный, тогда как асинхронный двигатель работает только с отстающим коэффициентом мощности.
На ротор синхронного двигателя подается ток. Ротор асинхронного двигателя не требует тока.
Скорость синхронного двигателя не зависит от изменения нагрузки. Это постоянно. Скорость асинхронного двигателя уменьшается с увеличением нагрузки.
Синхронный двигатель не запускается самостоятельно, тогда как асинхронный запускается самостоятельно.
Изменение приложенного напряжения не влияет на крутящий момент синхронного двигателя, но влияет на крутящий момент асинхронного двигателя.
Синхронный двигатель работает плавно и относительно хорошо на низких скоростях ниже 300 об/мин, тогда как при скорости выше 600 об/мин Асинхронный двигатель работает превосходно. Асинхронные двигатели используются в центробежных насосах и вентиляторах, воздуходувках, бумажных и текстильных фабриках, компрессорах и лифтах. и т. д.
Различные области применения синхронного двигателя заключаются в том, что он используется на электростанциях, в обрабатывающей промышленности и т. д. Он также используется в качестве регулятора напряжения.

Таким образом, синхронный двигатель отличается от асинхронного двигателя.

▷ Синхронные и асинхронные двигатели – где их использовать?

Многие люди часто путаются в понятиях «синхронный» и «асинхронный двигатель» и в том, каково их применение. Именно поэтому один из новых членов сообщества электротехники написал эту статью. Проверьте это ниже:

Следующая информация касается общих принципов работы синхронных и асинхронных двигателей, их преимуществ, где они обычно используются и чего можно достичь, используя каждый из этих двигателей.

Давайте сначала сосредоточимся на принципах их работы…

Синхронные и асинхронные двигатели – принципы работы

Синхронные двигатели

Это типичный электрический двигатель переменного тока, способный развивать синхронную скорость. В этих двигателях и статор, и ротор вращаются с одинаковой скоростью, что обеспечивает синхронизацию. Основной принцип работы заключается в том, что когда двигатель подключен к сети, электричество поступает в обмотки статора, создавая вращающееся электромагнитное поле. Это, в свою очередь, индуцируется в обмотках ротора, который затем начинает вращаться.

Внешний источник постоянного тока необходим для синхронизации направления вращения ротора и положения статора. В результате этой блокировки двигатель должен либо работать синхронно, либо не работать вообще.

Асинхронные двигатели

Принцип работы асинхронных двигателей почти такой же, как у синхронных двигателей, за исключением того, что к ним не подключен внешний возбудитель. Проще говоря, асинхронные двигатели, также известные как асинхронные двигатели, также работают по принципу электромагнитной индукции, в котором ротор не получает электроэнергию за счет проводимости, как в случае двигателей постоянного тока.

Единственная загвоздка здесь в том, что для возбуждения ротора в асинхронных двигателях не подключено внешнее устройство, и, следовательно, скорость ротора зависит от переменной магнитной индукции. Это изменяющееся электромагнитное поле заставляет ротор вращаться со скоростью ниже скорости магнитного поля статора. Поскольку скорость ротора и скорость магнитного поля статора различаются, эти двигатели известны как асинхронные двигатели. Разница в скорости известна как «скольжение».

Синхронные и асинхронные двигатели – преимущества и недостатки

Синхронный двигатель работает с постоянной скоростью на заданной частоте независимо от нагрузки. Но скорость асинхронного двигателя уменьшается с увеличением нагрузки.
Синхронный двигатель может работать в широком диапазоне коэффициентов мощности, как с отставанием, так и с опережением, тогда как асинхронный двигатель всегда работает с отстающим коэффициентом мощности, который может быть очень низким при уменьшении нагрузки.
Синхронный двигатель не запускается самостоятельно, тогда как асинхронный двигатель может запускаться самостоятельно.
На крутящий момент синхронного двигателя изменения напряжения не влияют так сильно, как на асинхронный двигатель.
Для запуска синхронного двигателя требуется внешнее возбуждение постоянного тока, но для работы асинхронного двигателя внешнее возбуждение не требуется.
Синхронные двигатели обычно дороги и сложны по сравнению с асинхронными двигателями, которые менее дороги и удобны в использовании.
Синхронные двигатели особенно хороши для низкоскоростных приводов (ниже 300 об/мин), поскольку их коэффициент мощности всегда можно отрегулировать до 1,0, и они очень эффективны. С другой стороны, асинхронные двигатели отлично подходят для скоростей выше 600 об/мин.
В отличие от асинхронных двигателей, синхронные двигатели могут работать на сверхнизких скоростях с помощью мощных электронных преобразователей, которые генерируют очень низкие частоты. Их можно использовать для привода дробилок, вращающихся печей и шаровых мельниц с регулируемой скоростью.

Синхронные и асинхронные двигатели. Применение

Применение синхронных двигателей

Они обычно используются на электростанциях для достижения соответствующего коэффициента мощности. Они работают параллельно шинам и часто подвергаются внешнему перевозбуждению для достижения желаемого коэффициента мощности.
Они также используются в обрабатывающей промышленности, где используется большое количество асинхронных двигателей и трансформаторов для преодоления отстающих коэффициентов мощности.
Используется на электростанциях для выработки электроэнергии с заданной частотой.
Используется для управления напряжением путем изменения его возбуждения в линиях передачи.

Применение асинхронных двигателей

Более 90% двигателей, используемых в мире, являются асинхронными двигателями, и они широко используются во многих областях. Некоторые из них:

Центробежные вентиляторы, воздуходувки и насосы
Компрессоры
Конвейеры
Подъемники, а также краны большой грузоподъемности
Токарные станки
Нефтяные, текстильные и бумажные фабрики и т. д.

Заключение

В заключение следует отметить, что синхронные двигатели используются только тогда, когда от машины требуется работа на низкой или сверхнизкой скорости, а также при требуемых коэффициентах мощности (как с опережением, так и с отставанием). Принимая во внимание, что асинхронные двигатели преимущественно используются в большинстве вращающихся или движущихся машин, таких как вентиляторы, лифты, измельчители и т. д.

Что вы думаете об этой статье? Вам это помогло?

асинхронные двигатели синхронные двигатели ротор

FacebookTwitterLinkedIn

Асинхронный двигатель

и синхронный: в чем разница?

Все вращающиеся электродвигатели переменного и постоянного тока работают за счет взаимодействия двух магнитных полей. Один является стационарным и (обычно) связан с внешним корпусом двигателя. Другой вращается и связан с вращающимся якорем двигателя (также называемым его ротором). Вращение вызвано взаимодействием между двумя полями.

В простом двигателе постоянного тока имеется вращающееся магнитное поле, полярность которого меняется каждые пол-оборота с помощью комбинации щетка-коллектор. Щетки — в основном токопроводящие углеродные стержни, которые касаются проводников на роторе при их вращении — также служат для передачи электрического тока во вращающийся якорь. Ситуация немного отличается в бесщеточном двигателе постоянного тока. Вращающееся поле по-прежнему реверсируется, но за счет коммутации, которая происходит электронным способом.

Уникальное качество асинхронного двигателя заключается в отсутствии электрического соединения между неподвижной и вращающейся обмотками. Сеть переменного тока подается на клеммы двигателя и питает стационарные обмотки.

Все асинхронные двигатели являются асинхронными. Асинхронное прозвище возникает из-за скольжения между скоростью вращения поля статора и несколько более низкой скоростью ротора.

Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя. Этот пример из небольшого вентилятора.

Большинство современных асинхронных двигателей имеют ротор в виде беличьей клетки. Цилиндрическая беличья клетка состоит из тяжелых медных, алюминиевых или латунных стержней, вставленных в канавки и соединенных с обоих концов проводящими кольцами, которые электрически закорачивают стержни друг с другом. Сплошной сердечник ротора состоит из пакетов пластин из электротехнической стали.

Также можно найти асинхронные двигатели, роторы которых состоят из обмоток, а не из беличьей клетки. Их называют асинхронными двигателями с фазным ротором. Суть конструкции состоит в том, чтобы обеспечить средства снижения тока ротора, когда двигатель впервые начинает вращаться. Обычно это достигается путем последовательного соединения каждой обмотки ротора с резистором. Обмотки получают ток через какое-то контактное кольцо. Как только ротор достигает конечной скорости, полюса ротора переключаются на короткое замыкание, таким образом, электрически он становится таким же, как ротор с короткозамкнутым ротором.

Неподвижная часть обмоток асинхронного двигателя (статор) подключается к сети переменного тока. Приложение напряжения к статору вызывает протекание переменного тока в обмотках статора. Протекание тока индуцирует магнитное поле, которое воздействует на ротор, создавая напряжение и ток в элементах ротора.

Северный полюс статора индуцирует южный полюс ротора. Но положение полюса статора меняется, когда переменное напряжение меняется по амплитуде и полярности. Индуцированный полюс ротора пытается следовать за вращающимся полюсом статора. Однако закон Фарадея гласит, что электродвижущая сила возникает, когда петля провода перемещается из области с низкой напряженностью магнитного поля в область с высокой напряженностью магнитного поля и наоборот. Если бы ротор точно следовал за движущимся полюсом статора, напряженность магнитного поля не изменилась бы. Таким образом, ротор всегда отстает от вращения поля статора, потому что поле ротора всегда на некоторую величину отстает от поля статора. Это отставание заставляет ротор вращаться со скоростью, несколько меньшей, чем у поля статора. Разница между ними называется скольжением.

Величина скольжения может варьироваться. Это зависит в основном от нагрузки, которую приводит двигатель, но также зависит от сопротивления цепи ротора и силы поля, которое индуцирует поток статора. Скольжение в двигателе конструкции B колеблется от 0,5% до 5%.

Когда двигатель стоит, обмотки ротора и статора фактически являются первичной и вторичной обмотками трансформатора. Когда переменный ток изначально подается на статор, ротор не движется. Таким образом, напряжение, индуцируемое в роторе, имеет ту же частоту, что и в статоре. Когда ротор начинает вращаться, частота наводимого в нем напряжения f _р, капли. Если f — частота напряжения статора, то скольжение, s, связывает их через f _r = sf. Здесь s выражается десятичной дробью.

Поскольку асинхронный двигатель не имеет щеток, коллектора или аналогичных движущихся частей, его производство и обслуживание дешевле, чем двигателей других типов.

Рассмотрим синхронный двигатель. Здесь ротор вращается с той же скоростью, то есть синхронно, с магнитным полем статора. Как и асинхронный двигатель, синхронный двигатель переменного тока также содержит статор и ротор. Обмотки статора также подключаются к сети переменного тока, как в асинхронном двигателе. Магнитное поле статора вращается синхронно с частотой сети.

Обмотка ротора синхронного двигателя может получать ток различными способами, но обычно не индукционным (за исключением некоторых конструкций, только для обеспечения пускового момента). Тот факт, что ротор вращается синхронно с частотой сети переменного тока, делает синхронный двигатель полезным для привода высокоточных часов.

Следует подчеркнуть, что ротор синхронного двигателя переменного тока вращается синхронно за целое число циклов переменного тока. Это не то же самое, что сказать, что он вращается со скоростью, равной частоте сети. Число оборотов ротора двигателя, т. е. синхронная скорость N, составляет:

N = 120f/P = 60 f/P

Где f — частота сети переменного тока в Гц, P — количество полюсов (на фазу), а p — количество пар полюсов на фазу.

Соответственно, чем больше полюсов, тем медленнее вращается синхронный двигатель. При равной мощности построить более медленный двигатель дороже. При 60 Гц:

Двухполюсный/фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 3600 об/мин.
Четырехполюсный/фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 1800 об/мин.
Шестиполюсный/фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 1200 об/мин.
Восьмиполюсный/фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 900 об/мин
Десятиполюсный/фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 720 об/мин.
Двенадцатиполюсный/фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 600 об/мин.

Промышленный синхронный двигатель.

Синхронные двигатели переменного тока с малой мощностью в несколько лошадиных сил полезны там, где требуется точная синхронизация. Синхронные двигатели переменного тока высокой мощности, хотя и дороже трехфазных асинхронных двигателей, обладают двумя дополнительными качествами. Несмотря на более высокую первоначальную стоимость, они могут оказаться полезными в долгосрочной перспективе, поскольку они более энергоэффективны, чем другие типы двигателей. Во-вторых, иногда одновременно они могут работать с опережающим или единичным коэффициентом мощности, поэтому один или несколько синхронных двигателей переменного тока могут обеспечивать коррекцию коэффициента мощности, одновременно выполняя полезную работу.

Существует несколько различных типов синхронных двигателей переменного тока. Они обычно классифицируются в соответствии с их средствами создания магнитного поля. У двигателей с независимым возбуждением магнитные полюса питаются от внешнего источника. Напротив, магнитные полюса возбуждаются самим двигателем в машине с самовозбуждением (также иногда называемой невозбуждаемой и непосредственно возбуждаемой) машиной. К типам без возбуждения относятся реактивные двигатели, двигатели с гистерезисом и двигатели с постоянными магнитами. Кроме того, существуют двигатели с возбуждением постоянного тока.

Синхронные двигатели без возбуждения имеют стальные роторы. Во время работы ротор намагничивается необходимыми магнитными полюсами аналогично асинхронному двигателю. Но ротор вращается с той же скоростью и синхронно с вращающимся магнитным полем статора. Причина в том, что в роторе есть прорези. Двигатели запускаются как асинхронные двигатели. Когда они приближаются к синхронной скорости, прорези позволяют синхронному магнитному полю фиксироваться на роторе. Затем двигатель вращается с синхронной скоростью до тех пор, пока требуемый крутящий момент невелик.

В реактивном двигателе ротор имеет выступающие полюса, которые напоминают отдельные зубья. Число полюсов ротора меньше, чем полюсов статора, что препятствует выравниванию полюсов статора и ротора, в результате чего вращения не будет. Реактивные двигатели не запускаются самостоятельно. По этой причине в ротор часто встраивают специальные обмотки (называемые обмотками с короткозамкнутым ротором), поэтому реактивный двигатель запускается как асинхронный двигатель.

В гистерезисном двигателе используется широкая петля гистерезиса в роторе из кобальтовой стали с высокой коэрцитивной силой. Из-за гистерезиса фаза намагниченности в роторе отстает от фазы вращающегося магнитного поля статора. Это отставание создает крутящий момент. При синхронной скорости поля ротора и статора блокируются, обеспечивая непрерывное вращение. Одним из преимуществ гистерезисного двигателя является то, что он запускается автоматически.

Синхронный двигатель переменного тока с постоянными магнитами имеет постоянные магниты, встроенные в ротор. Последние лифты приводятся в действие этими двигателями, и редуктор не требуется.

Пример двигателя с электронным управлением на постоянных магнитах, в данном случае от небольшого вентилятора. Этот тип называется аутраннером, потому что ротор находится снаружи статора и встроен в лопасти вентилятора. Это четырехполюсный двигатель, о чем свидетельствуют четыре обмотки статора (внизу). Также виден датчик Холла, который обеспечивает часть электронной коммутации.

Синхронный двигатель с прямым возбуждением может называться по-разному, включая ECPM (электронно-коммутируемый постоянный магнит), BLDC (бесщеточный двигатель постоянного тока) или просто бесщеточный двигатель с постоянными магнитами. Ротор содержит постоянные магниты. Магниты могут устанавливаться на поверхности ротора или вставляться в узел ротора (в этом случае двигатель называется двигателем с внутренними постоянными магнитами).

Пример того, как катушки двигателя постоянного тока получают питание в последовательности, которая приводит в движение ротор.

Компьютер управляет последовательным включением питания на обмотках статора в нужное время с помощью полупроводниковых переключателей. Мощность подается на катушки, намотанные на зубья статора, и если выступающий полюс ротора идеально выровнен с зубцом статора, крутящий момент не создается. Если зубец ротора находится под некоторым углом к зубцу статора, по крайней мере, некоторый магнитный поток пересекает зазор под углом, не перпендикулярным поверхностям зубьев. Результатом является крутящий момент на роторе. Таким образом, переключение питания на обмотки статора в нужное время вызывает картину потока, которая приводит к движению либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки.

Еще одним типом синхронного двигателя является двигатель с реактивным сопротивлением (SR).
Его ротор состоит из стальных пластин с набором зубьев. Зубцы магнитопроницаемы, а окружающие их участки слабопроницаемы за счет прорезанных в них пазов.

Крутящий момент, создаваемый двигателем SR, регулируется путем регулировки величины тока в электромагнитах статора. Затем скорость регулируется путем модуляции крутящего момента (посредством тока обмотки). Этот метод аналогичен тому, как скорость регулируется током якоря в традиционном щеточном двигателе постоянного тока.

Двигатель SR создает крутящий момент, пропорциональный величине тока, подаваемого на его обмотки. Производство крутящего момента не зависит от скорости двигателя. Это отличается от асинхронных двигателей переменного тока, где при высоких скоростях вращения в области ослабления поля ток ротора все больше отстает от вращающегося поля по мере увеличения оборотов двигателя.

И, наконец, синхронный двигатель переменного тока с возбуждением от постоянного тока. Для создания магнитного поля требуется выпрямленный источник питания. Эти двигатели, как правило, имеют мощность более одной лошадиной силы.

В чем разница между асинхронными и синхронными двигателями?

Загрузите эту статью в формате .PDF

Растущее значение энергоэффективности побудило производителей электродвигателей продвигать различные схемы, улучшающие характеристики двигателя. К сожалению, терминология, связанная с моторными технологиями, может сбивать с толку, отчасти потому, что несколько терминов иногда могут использоваться взаимозаменяемо для обозначения одной и той же базовой конфигурации мотора. Среди классических примеров этого явления — асинхронные и асинхронные двигатели.

Все асинхронные двигатели являются асинхронными. Асинхронный характер работы асинхронного двигателя возникает из-за скольжения между скоростью вращения поля статора и несколько более низкой скоростью вращения ротора. Более конкретное объяснение того, как возникает это скольжение, касается деталей внутреннего устройства двигателя.

Большинство современных асинхронных двигателей содержат вращающийся элемент (ротор), называемый беличьей клеткой. Цилиндрическая беличья клетка состоит из тяжелых медных, алюминиевых или латунных стержней, вставленных в канавки и соединенных с обоих концов проводящими кольцами, которые электрически закорачивают стержни друг с другом. Сплошной сердечник ротора состоит из пакетов пластин из электротехнической стали. В роторе меньше пазов, чем в статоре. Количество пазов ротора также должно быть нецелым кратным пазам статора, чтобы предотвратить магнитную блокировку зубьев ротора и статора при запуске двигателя.

Также можно найти асинхронные двигатели, роторы которых состоят из обмоток, а не из беличьей клетки. Суть этой конфигурации с фазным ротором состоит в том, чтобы обеспечить средства снижения тока ротора, когда двигатель впервые начинает вращаться. Обычно это достигается путем последовательного соединения каждой обмотки ротора с резистором. Обмотки получают ток через какое-то контактное кольцо. Как только ротор достигает конечной скорости, полюса ротора переключаются на короткое замыкание, таким образом, электрически он становится таким же, как ротор с короткозамкнутым ротором.

Неподвижная часть обмоток двигателя называется якорем или статором. Обмотки статора подключаются к сети переменного тока. Приложение напряжения к статору вызывает протекание тока в обмотках статора. Протекание тока индуцирует магнитное поле, которое воздействует на ротор, создавая напряжение и ток в элементах ротора.

Северный полюс статора индуцирует южный полюс ротора. Но полюс статора вращается при изменении амплитуды и полярности переменного напряжения. Индуцированный полюс пытается следовать за вращающимся полюсом статора. Однако закон Фарадея гласит, что электродвижущая сила возникает, когда петля провода перемещается из области с низкой напряженностью магнитного поля в область с высокой напряженностью магнитного поля и наоборот. Если бы ротор точно следовал за движущимся полюсом статора, напряженность магнитного поля не изменилась бы. Таким образом, ротор всегда отстает от вращения поля статора. Поле ротора всегда отстает от поля статора на некоторую величину, поэтому оно вращается со скоростью, несколько меньшей, чем скорость статора. Разница между ними называется скольжением.

Несколько простых уравнений проясняют основные взаимосвязи.

Когда переменный ток изначально подается на статор, ротор неподвижен. Напряжение, индуцируемое в роторе, имеет ту же частоту, что и в статоре. Когда ротор начинает вращаться, частота наведенного в нем напряжения f _r , капли. Если f — частота напряжения статора, то скольжение, с, связывает два через f _r = с _f . Здесь s выражается в виде десятичной дроби.

Когда ротор стоит на месте, ротор и статор эффективно образуют трансформатор. Таким образом, напряжение E , индуцируемое в роторе, определяется уравнением трансформатора0151 м

где N = количество проводников под одним полюсом статора (обычно небольшое для двигателя с короткозамкнутым ротором) и Ñ„ _м = максимальный магнитный поток, Webers. Thus, the voltage E _r induced while the rotor spins depends on the slip:

E _r = 4.44 s f N Ñ„ _m = s E

Описание синхронных двигателей

Синхронный двигатель имеет специальную конструкцию ротора, которая позволяет ему вращаться с той же скоростью, то есть синхронно, с полем статора. Одним из примеров синхронного двигателя является шаговый двигатель, широко используемый в приложениях, связанных с управлением положением. Однако недавние достижения в области схем управления мощностью привели к появлению конструкций синхронных двигателей, оптимизированных для использования в таких ситуациях с более высокой мощностью, как вентиляторы, воздуходувки и ведущие мосты во внедорожных транспортных средствах.

Существует два основных типа синхронных двигателей:

• С самовозбуждением — Принципы аналогичны принципам асинхронных двигателей, и

• С прямым возбуждением — обычно с постоянными магнитами, но не всегда

Синхронный двигатель с самовозбуждением , также называемый вентильным реактивным двигателем, содержит стальной литой ротор с прорезями или зубьями, получившими название явно выраженных полюсов. Именно выемки позволяют ротору зафиксироваться и работать с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле.

Чтобы переместить ротор из одного положения в другое, схема должна последовательно переключать питание на последовательные обмотки/фазы статора аналогично шаговому двигателю. Синхронный двигатель с прямым возбуждением может называться по-разному. Обычные названия включают ECPM (постоянный магнит с электронной коммутацией), BLDC (бесщеточный двигатель постоянного тока) или просто бесщеточный двигатель с постоянными магнитами. В этой конструкции используется ротор с постоянными магнитами. Магниты могут устанавливаться на поверхности ротора или вставляться в узел ротора (в этом случае двигатель называется двигателем с внутренними постоянными магнитами).

Постоянные магниты являются выступающими полюсами этой конструкции и предотвращают скольжение. Микропроцессор управляет последовательным переключением питания на обмотках статора в нужное время с помощью полупроводниковых переключателей, сводя к минимуму пульсации крутящего момента. Принцип работы всех этих типов синхронных двигателей в основном одинаков. Энергия подается на катушки, намотанные на зубья статора, которые создают значительный магнитный поток, пересекающий воздушный зазор между ротором и статором. Поток течет перпендикулярно воздушному зазору. Если выступающий полюс ротора идеально совмещен с зубцом статора, крутящий момент не создается. Если зубец ротора находится под некоторым углом к зубу статора, по крайней мере часть потока пересекает зазор под углом, не перпендикулярным поверхностям зубьев. Результатом является крутящий момент на роторе. Таким образом, переключение питания на обмотки статора в нужное время вызывает картину потока, которая приводит к движению по часовой стрелке или против часовой стрелки.

Еще один тип синхронного двигателя называется вентильным реактивным двигателем (SR).

Его ротор состоит из стальных пластин с набором зубьев. Зубцы магнитопроницаемы, а окружающие их участки слабопроницаемы в силу прорезанных в них пазов. Таким образом, ротору не нужны обмотки, редкоземельные материалы или магниты.

В отличие от асинхронных двигателей, в роторе отсутствуют стержни ротора и, следовательно, в роторе не протекает ток, создающий крутящий момент. Отсутствие проводника какой-либо формы на роторе SR означает, что общие потери в роторе значительно ниже, чем в других двигателях с роторами, несущими проводники. Крутящий момент, создаваемый двигателем SR, регулируется путем регулировки величины тока в электромагнитах статора. Затем скорость регулируется путем модуляции крутящего момента (посредством тока обмотки). Этот метод аналогичен тому, как скорость регулируется током якоря в традиционном щеточном двигателе постоянного тока.

Синхронные двигатели и асинхронные двигатели

Электродвигатели бывают сотен размеров, форм и разновидностей, и огромное количество вариантов может парализовать поиск лучшего варианта.

Первым шагом в поиске любого двигателя является определение его источника питания; он питается от переменного тока или постоянного? Это разделит варианты на две широкие категории: двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока, а также исключит любые двигатели, которые не будут работать с вашим источником питания. Тем не менее, обе эти категории по-прежнему содержат множество типов машин, поэтому эта статья поможет еще больше дифференцировать класс двигателей переменного тока (наша статья о бесщеточных и щеточных двигателях постоянного тока посвящена широким типам двигателей постоянного тока). Двигатели переменного тока можно разделить на синхронные двигатели и асинхронные двигатели, и в этой статье будет дано краткое объяснение обоих, а также сравнение их рабочих характеристик и областей применения.

Асинхронные двигатели

считаются одними из, если не самыми распространенными двигателями переменного тока, используемыми сегодня в промышленности. Они были одними из первых изобретенных электродвигателей, поэтому у них было достаточно времени для оптимизации для работы во многих приложениях. Они имеют относительно простую конструкцию, состоящую из внешнего статора и внутреннего ротора, которые взаимодействуют посредством эффекта электромагнитной индукции, создавая механическое вращение. Определенные типы асинхронных двигателей достигают этого вращения по-разному, и, пожалуйста, не стесняйтесь читать наши статьи о двигателях с короткозамкнутым ротором, двигателях с фазным ротором и однофазных промышленных двигателях, чтобы узнать больше. Однако, вообще говоря, цель асинхронных двигателей состоит в том, чтобы пропускать переменный ток через катушки в статоре, которые будут создавать магнитное поле, а частота колебаний источника переменного тока заставит это магнитное поле вращаться. Затем это вращающееся магнитное поле (RMF) индуцирует противоположные магнитные поля в роторе — свободно движущемся якоре, прикрепленном к выходному валу, — и вызывает полезное вращение.

Эти двигатели также известны как асинхронные двигатели, поскольку частота их переменного тока напрямую не соответствует числу оборотов выходного вала. Это явление известно как «проскальзывание» и возникает из-за того, что ротор всегда играет в магнитную игру «догоняющего» с RMF. Существование скольжения означает, что точная синхронизация с асинхронными двигателями затруднена. Как было сказано ранее, эти двигатели можно найти в бытовой технике, электромобилях и даже в крупном механизированном промышленном оборудовании, поскольку они имеют сотни скоростей, крутящих моментов, напряжений, размеров и форм. Подробнее об этих машинах читайте в нашей статье все об асинхронных двигателях.

Синхронные двигатели

Синхронные двигатели включают в себя то, чего не могут сделать асинхронные двигатели, а именно их «асинхронный» характер. Синхронные двигатели согласовывают выходную частоту вращения с входной частотой переменного тока, что позволяет разработчикам использовать эти двигатели в точно синхронизированных приложениях, таких как часы, прокатные станы, проигрыватели и многое другое. Они достигают этого, связывая магнитные полюса (пары север-юг в каждом магнитном поле) статора и ротора, так что RMF статора будет вращать ротор с точной синхронной скоростью. Есть много способов блокировки этих полюсов, и в наших статьях о реактивных двигателях и бесщеточных двигателях постоянного тока приведены конкретные примеры этих механизмов. Обратите внимание, что бесщеточный двигатель постоянного тока не является двигателем переменного тока; это связано с тем, что синхронные конструкции по своей сути не должны питаться от сети переменного тока, тогда как асинхронные двигатели обычно всегда питаются от сети переменного тока.

Синхронные двигатели по своей природе не являются самозапускающимися, то есть этим двигателям часто требуются пускатели для возбуждения их роторов до полной скорости. Эти пускатели не часто применяются с асинхронными двигателями, потому что они могут запускаться из состояния покоя без начального «толчка». Чтобы узнать больше, не стесняйтесь читать нашу статью о типах пускателей двигателей. Кроме того, несмотря на то, что их скорость является синхронной, скорость синхронных двигателей трудно изменить, и для этого требуется контроллер двигателя переменного тока, чтобы разработчики могли регулировать скорость двигателя (дополнительную информацию можно найти в нашей статье о контроллерах двигателей переменного тока). Синхронные двигатели, как правило, более дорогие, чем асинхронные двигатели, имеют более высокий КПД (>90%) и являются отличным выбором для дробилок, мельниц, измельчителей и других низкоскоростных мощных приложений.

Сравнение асинхронных и синхронных двигателей

Поскольку эти два типа двигателей переменного тока все еще довольно широко распространены, в этой статье будет дано общее сравнение рабочих характеристик каждого типа, чтобы разработчики могли использовать эту информацию для дальнейшего определения машины, наиболее подходящей для их спецификаций. Ниже, в Таблице 1, показано качественное сравнение некоторых общих характеристик асинхронных и синхронных двигателей, а также визуализированы преимущества и недостатки каждой конструкции двигателя переменного тока.

Таблица 1: Сравнение асинхронных и синхронных двигателей.

Характеристики	Асинхронные двигатели	Синхронные двигатели
Сложность	Простой дизайн	Комплекс
Самозапуск	Обычно да	Обычно нет
Плотность мощности	Средний	Высокий
Эффективность	Средний	Высокий
Регулятор мощности	Нет (всегда отстает)	Да (может опережать и отставать)
Стоимость	Низкий	Высокий

Сложность (или ее отсутствие) асинхронных двигателей является их лучшим преимуществом перед синхронными конструкциями. Их очень просто производить, эксплуатировать и обслуживать, поэтому асинхронные двигатели в целом дешевле синхронных двигателей. И наоборот, реализация синхронной машины требует более сложного ротора, который труднее изготовить/ремонтировать, а также требует покупки и установки дополнительных цепей, чтобы эти двигатели могли работать эффективно.

Как указывалось ранее, асинхронные двигатели обычно запускаются самостоятельно, а синхронные двигатели — нет. Это означает, что для эффективной работы асинхронных двигателей требуется меньше внешних периферийных устройств, что снижает их стоимость и сложность.

Удельная мощность — это количество энергии (обычно измеряемой в лошадиных силах, л.с. или киловатт-кВт), вырабатываемой на единицу объема двигателя. Синхронные двигатели обычно имеют более высокую удельную мощность, чем асинхронные двигатели сопоставимого размера, что позволяет им обеспечивать большую мощность при меньшем объеме. Это отлично подходит для приложений с ограниченными размерами и является причиной выбора синхронного двигателя вместо асинхронного двигателя.

Синхронные двигатели в некоторых случаях могут достигать КПД >90% и, как правило, более энергоэффективны, чем асинхронные двигатели. КПД зависит от конкретного типа и размера двигателя, но отсутствие скольжения в синхронных двигателях означает меньше потерь энергии при преобразовании электрической энергии в механическую.

Коэффициент мощности представляет собой отношение рабочей мощности к полной мощности и выражается в процентах, чтобы показать эффективность распределения мощности и связанные с ней потери. Например: Фабрика должна работать на 1000 кВт (рабочая мощность), а электрический счетчик, подключенный к источнику питания, показывает 1250 кВА (полная мощность, которая имеет единицы киловольт-ампер, или кВА, и составляет используется для передачи энергии индуктивным нагрузкам, таким как катушки двигателей, провода и т. д.). Таким образом, коэффициент мощности для этой фабрики составляет 1000/1250 = 0,8 или 80 %, что означает, что только 80 % тока, подаваемого на фабрику, совершает полезную работу, а 20 % теряется из-за нагрева и других неэффективных действий. Инженеры могут помочь компенсировать эти потери, используя синхронные двигатели, чтобы «опережать» коэффициент мощности или генерировать энергию обратно в систему (помните, что двигатели также могут работать как электрические генераторы, если им дается входное вращение). Часто синхронные двигатели работают в паре с асинхронными двигателями для компенсации индуктивных потерь мощности асинхронного двигателя, что представляет собой еще одно огромное преимущество синхронных двигателей.

Наконец, общей чертой синхронных и асинхронных двигателей является их ценовое разделение. По ранее объясненным причинам синхронные двигатели дороже в производстве, реализации, обслуживании и ремонте, чем асинхронные двигатели. Однако можно сделать вывод, что их возможности энергосбережения и коррекции коэффициента мощности могут компенсировать их более высокие первоначальные затраты. Верно ли это или нет, в конечном итоге зависит от конкретных приложений, но это следует учитывать, поскольку общая стоимость жизненного цикла всегда должна быть минимизирована в любом проекте.

Posted inДвигатель