Co to jest silnik synchroniczny i gdzie jest używany
Synchroniczne silniki elektryczne (SD) nie są tak powszechne jak asynchroniczne silniki klatkowe. Ale są stosowane tam, gdzie potrzebny jest duży moment obrotowy i podczas częstej pracy przeciążać. Ten typ silnika jest również stosowany tam, gdzie potrzebna jest duża moc do napędzania mechanizmów, ze względu na wysoki współczynnik mocy i zdolność do poprawy współczynnika mocy sieci, co znacznie obniży koszty energii elektrycznej i obciążenia na linii. Co to jest silnik synchroniczny, gdzie jest używany i jakie są jego zalety i wady, które rozważymy w tym artykule.
Definicja i zasada działania
Mówiąc prościej, silnik synchroniczny nazywany jest silnikiem elektrycznym, którego prędkość obrotowa wirnika (wału) pokrywa się z prędkością obrotową pola magnetycznego stojana.
Rozważmy krótko zasadę działania takiego silnika elektrycznego - opiera się on na oddziaływaniu wirującego pola magnetycznego stojana, które zwykle powstaje z trójfazowego prądu przemiennego i stałego pola magnetycznego wirnika.
Stałe pole magnetyczne wirnika jest wytwarzane przez uzwojenie wzbudzenia lub magnesy trwałe. Prąd w uzwojeniach stojana tworzy wirujące pole magnetyczne, podczas gdy wirnik w trybie roboczym jest magnesem stałym, a jego bieguny biegną do przeciwnych biegunów pola magnetycznego stojana. W rezultacie wirnik obraca się synchronicznie z polem stojana, co jest jego główną cechą.
Odwołaj to silnik indukcyjny prędkość obrotowa stojana MP i prędkość obrotowa wirnika różnią się wielkością poślizgu, a jego charakterystyka mechaniczna jest „garbowana” ze szczytem podczas poślizgu krytycznego (poniżej jego nominalnej prędkości obrotowej).
Prędkość, z jaką obraca się pole magnetyczne stojana, można obliczyć za pomocą następującego równania:
N = 60f / p
f to częstotliwość prądu w uzwojeniu, Hz, p to liczba par biegunów.
Odpowiednio prędkość obrotowa synchronicznego wału silnika jest określana według tego samego wzoru.
Większość silników elektrycznych prądu przemiennego wykorzystywanych do produkcji jest wytwarzana bez magnesów trwałych, ale z uzwojeniem wzbudzenia, natomiast synchroniczne silniki prądu przemiennego małej mocy są wykonane z magnesami trwałymi na wirniku.
Prąd do uzwojenia pola jest dostarczany przez pierścienie i zespół szczotki. W przeciwieństwie do kolektorowego silnika elektrycznego, w którym kolektor (zestaw wzdłużnie rozmieszczonych płyt) służy do przesyłania prądu do obracającej się cewki, pierścienie są montowane synchronicznie na jednym końcu stojana.
Wzbudzacze tyrystorowe, często nazywane „VTE” (nazwa jednego z szeregu takich urządzeń produkcji krajowej) są obecnie źródłem wzbudzenia prądu stałego.Wcześniej stosowano układ wzbudzania generator-silnik, gdy generator był instalowany na tym samym wale z silnikiem (jest to również wzbudnik), który rezystory przykładał prąd do uzwojenia pola.
Wirnik prawie wszystkich synchronicznych silników prądu stałego jest wykonywany bez uzwojenia wzbudzenia, a przy magnesach stałych, chociaż są one zasadniczo podobne do diod LED prądu przemiennego, różnią się znacznie pod względem sposobu łączenia i sterowania z klasycznych maszyn trójfazowych.
Jedną z głównych cech silnika elektrycznego jest charakterystyka mechaniczna. Silniki synchroniczne zbliża się do prostej linii poziomej. Oznacza to, że obciążenie wału nie wpływa na jego prędkość (dopóki nie osiągnie pewnej wartości krytycznej).
Osiąga się to właśnie dzięki wzbudzeniu prądu stałego, dlatego synchroniczny silnik elektryczny doskonale utrzymuje stałe obroty przy zmiennych obciążeniach, przeciążeniach i spadkach napięcia (do pewnego limitu).
Poniżej widać symbol na schemacie maszyny synchronicznej.
Konstrukcja wirnika
Jak każdy inny, synchroniczny silnik elektryczny składa się z dwóch głównych części:
- Stojan W nim znajdują się uzwojenia. Nazywa się to również kotwicą.
- Wirnik. Zainstalowane są na nim magnesy trwałe lub uzwojenie wzbudzenia. Nazywany jest również induktorem, ze względu na swój cel - stworzenie pola magnetycznego).
Aby dostarczyć prąd do uzwojenia pola, na wirniku są zainstalowane 2 pierścienie (ponieważ wzbudzenie odbywa się za pomocą prądu stałego, „+” jest doprowadzany do jednego z nich, a „-” do drugiego). Szczotki są przymocowane do uchwytu szczotki.
Wirniki synchronicznych silników prądu przemiennego są dwojakiego rodzaju, w zależności od celu:
- Wyraźnie polarny. Słupy (cewki) są wyraźnie widoczne. Używaj przy niskich prędkościach i dużej liczbie tyczek.
- Domniemany - wygląda jak okrągły półfabrykat w szczelinie, na której układane są druty uzwojeń. Używaj przy dużych prędkościach obrotowych (3000, 1500 obr./min) i niewielkiej liczbie biegunów.
Synchroniczny rozruch silnika
Cechą tego typu maszyn elektrycznych jest to, że nie można go po prostu podłączyć do sieci i czekać na jego uruchomienie. Ponadto do działania diody LED potrzebne jest nie tylko źródło prądu wzbudzenia, ale także dość skomplikowany obwód rozruchowy.
Rozruch odbywa się jak w silniku indukcyjnym, a dla stworzenia momentu rozruchowego, oprócz uzwojenia pola, na wirniku umieszcza się dodatkowe zwarte uzwojenie „klatki wiewiórki”. Nazywa się to również uzwojeniem „tłumiącym”, ponieważ zwiększa stabilność podczas nagłych przeciążeń.
Prąd wzbudzenia w uzwojeniu wirnika przy rozruchu jest nieobecny, a gdy przyspiesza do prędkości subsynchronicznej (3-5% mniej niż synchroniczna), przykładany jest prąd wzbudzenia, po czym on i prąd stojana oscylują, silnik wchodzi w synchronizację i wchodzi w tryb pracy.
Aby ograniczyć prądy rozruchowe potężnych maszyn, czasami zmniejszają napięcie na zaciskach uzwojenia stojana, łącząc szeregowo autotransformator lub rezystory.
Podczas gdy maszyna synchroniczna uruchamia się w trybie asynchronicznym, rezystory są podłączone do uzwojenia pola, którego rezystancja przekracza rezystancję samego uzwojenia 5–10 razy. Jest to konieczne, aby pulsujący strumień magnetyczny powstający pod działaniem prądów indukowanych w uzwojeniu podczas rozruchu nie spowalniał przyspieszenia, a także, aby nie uszkodzić uzwojenia z powodu indukowanego w nim emf.
Wyświetlenia
Istnieje wiele rodzajów takich maszyn, konstrukcję synchronicznego silnika prądu przemiennego z uzwojeniami wzbudzenia, jak najbardziej powszechną w produkcji, opisano powyżej. Istnieją inne typy, takie jak:
- Silniki synchroniczne z magnesem trwałym. Są to różne silniki elektryczne, takie jak PMSM - silnik synchroniczny z magnesem trwałym, BLDC - bezszczotkowy prąd stały i inne. Różnice między nimi polegają na metodzie kontroli i kształcie prądu (sinusoidalnym lub trapezoidalnym). Są również nazywane silnikami bezszczotkowymi lub bezszczotkowymi.Stosowany w obrabiarkach, modelach sterowanych radiowo, elektronarzędziach itp. Nie działają bezpośrednio z prądu stałego, ale poprzez specjalny konwerter.
- Silniki krokowe - synchroniczne silniki bezszczotkowe, w których wirnik precyzyjnie utrzymuje określone położenie, służą do pozycjonowania narzędzia roboczego w maszynach CNC oraz do sterowania różnymi elementami układów automatycznych (na przykład położenie przepustnicy w samochodzie). Składają się ze stojana, w tym przypadku znajdują się na nim uzwojenia wzbudzenia i wirnik, który jest wykonany z magnetycznie miękkiego lub magnetycznie twardego materiału. Strukturalnie bardzo podobny do poprzednich typów.
- Reaktywny.
- Histereza.
- Histereza reaktywna.
Ostatnie trzy rodzaje diod LED również nie mają szczotek, działają dzięki specjalnej konstrukcji wirnika. Reaktywne diody LED wyróżniają trzy ich konstrukcje: wirnik z warstwami poprzecznymi, wirnik z wyraźnymi biegunami i wirnik z warstwami osiowymi. Wyjaśnienie zasady ich pracy jest dość skomplikowane i zajmie dużą ilość, więc pomijamy to. Takie silniki w praktyce często się spotykają. Są to głównie maszyny małej mocy stosowane w automatyce.
Szereg zastosowań
Silniki synchroniczne są droższe niż asynchroniczne, ponadto wymagają dodatkowego źródła wzbudzenia prądu stałego - to częściowo zmniejsza szerokość zakresu tego typu maszyn elektrycznych. Jednak synchroniczne silniki elektryczne są używane do napędzania mechanizmów, w których możliwe są przeciążenia i wymagana jest precyzyjna konserwacja stabilnych obrotów.
Co więcej, są one najczęściej stosowane w dziedzinie dużych pojemności - setek kilowatów i jednostek megawatów, a jednocześnie uruchamianie i zatrzymywanie są raczej rzadkie, to znaczy maszyny pracują przez całą dobę przez długi czas. Ta aplikacja wynika z faktu, że maszyny synchroniczne działają z cos Ф phi bliskim 1 i mogą dostarczać moc bierną do sieci, co poprawia współczynnik mocy sieci i zmniejsza jej zużycie, co jest ważne dla przedsiębiorstw.
Zalety i wady
Krótko mówiąc, każdy samochód elektryczny ma swoje zalety i wady. Zalety silnika synchronicznego to:
- Pracują z cosPhI = 1, ze względu odpowiednio na wzbudzenie prądu stałego, nie pobierają one mocy biernej z sieci.
- Podczas pracy, z nadmiernym pobudzeniem, dają one moc bierną do sieci, poprawiając współczynnik mocy sieci, spadek napięcia i straty w niej, a CM generatorów elektrowni rośnie.
- Maksymalny moment powstały na trzonku LED jest proporcjonalny do U, a dla AD - U² (kwadratowa zależność od napięcia). Oznacza to, że dioda LED ma dobrą obciążalność i stabilność, które są zachowane podczas spadku napięcia w sieci.
- W wyniku tego, prędkość obrotowa jest stabilna podczas przeciążeń i osiadań, w granicach pojemności przeciążeniowej, szczególnie przy rosnącym prądzie wzbudzenia.
Jednak istotną wadą silnika synchronicznego jest to, że jego konstrukcja jest bardziej skomplikowana niż konstrukcja asynchroniczna z zwartym wirnikiem; potrzebny jest wzbudnik, bez którego nie mógłby on działać. Wszystko to prowadzi do wyższych kosztów w porównaniu do maszyn asynchronicznych oraz trudności w konserwacji i eksploatacji.
Być może kończą się tutaj zalety i wady silników synchronicznych. W tym artykule próbowaliśmy podsumować ogólne informacje na temat silników synchronicznych. Jeśli masz coś do uzupełnienia materiału - napisz w komentarzach.
Powiązane materiały:
Ładowanie...
