Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Синхронный двигатель Назначение и область применения

Синхронный двигатель Назначение и область применения

Синхронные машины, являются машинами переменного тока. Применяются в качестве двигателя и генератора.

Синхронные двигатели применяются в основном в приводах большой мощности. Мощность их достигает нескольких десятков мегаватт. На тепловых станциях, металлургических заводах, шахтах, Холодильниках приводят в движение насосы, и другие механизмы, работающие с неизменной скоростью. Синхронные двигатели могут работать с различной реактивной мощностью. Таким образом, Эти двигатели позволяют улучшить коэффициент мощности предприятия. Однако стоимость приводов с синхронным двигателями выше, чем с асинхронными.

Специальные двигатели малой мощности используют в устройствах, где строгое постоянство скорости, электрочасы, автоматические самопишущие приборы, устройства с программным управлением и др.

На крупных подстанциях электрических систем устанавливают специальные синхронные машины, работающие в режиме холостого хода и отдающие в сеть только реактивную мощность, которая необходима для асинхронных двигателей. Эти машины называют синхронными компенсаторами.

Устройство синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов

Изобретение относится к области использования трехфазных синхронных машин для выработки электроэнергии. Устройство состоит из расположенных на одном валу трехфазного синхронного двигателя и трехфазного синхронного генератора, которые выполнены с возбуждением от постоянных магнитов. Ротор и статор двигателя и генератора имеют явно выраженные полюса. Обмотки статора намотаны вокруг полюсов статора. Постоянные магниты возбуждения в двигателе и генераторе размещены в спинках ротора между его полюсами. В центре полюсов ротора генератора находятся плоские компенсационные постоянные магниты, размещенные в плоскостях, проходящих через ось генератора.

Пуск синхронного двигателя

Одним из главных недостатков синхронных двигателей является сложность их пуска в ход. Пуск синхронных двигателей может быть осуществлен при помощи вспомогательного пускового двигателя или путем асинхронного пуска.

Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя. Если ротор синхронного двигателя с возбужденными полюсами развернуть другим, вспомогательным двигателем до скорости вращения поля статора, то магнитные полюсы статора, взаимодействуя с полюсами ротора, заставят ротор вращаться далее самостоятельно без посторонней помощи, в такт с полем статора, т. е. синхронно (откуда эти двигатели и получили свое название).

Для осуществления пуска необходимо, чтобы число пар полюсов асинхронного двигателя было меньше числа пар полюсов синхронного двигателя, ибо при этих условиях вспомогательный асинхронный двигатель может развернуть ротор синхронного двигателя до синхронной скорости.

Порядок пуска синхронного двигателя следующий. Включая рубильник 3, пускают вспомогательный асинхронный двигатель 2, который разворачивает ротор синхронного двигателя 1 до скорости, соответствующей скорости поля статора. Скорость вращения вспомогательного двигателя определяется по тахометру1. Затем, включая рубильник 4 постоянного тока, возбуждают полюсы ротора. Чтобы включить синхронный двигатель в сеть трехфазного тока, его нужно синхронизировать так же, как и при включении синхронного генератора на параллельную работу. Для этого реостатом 5 устанавливают такое возбуждение, чтобы напряжение обмотки статора по вольтметру V было равно напряжению сети, указываемому вольтметром V1.

Электролампы 6, включенные параллельно ножам рубильника 7 трех-фазной сети, при разомкнутом рубильнике будут мигать. Сначала мигание будет частым, но если изменять скорость вращения вспомогательного асинхронного двигателя, то лампы будут мигать . все реже и реже. Синхронный двигатель можно включить в сеть трехфазного тока рубильником 7 тогда, когда все три лампы одновременно погаснут. Ротор двигателя при этом входит в синхронизм и может далее вращаться самостоятельно. Теперь вспомогательный двигатель 2 рубильником 3 можно отключить от сети.

Сложность пуска и необходимость вспомогательного двигателя являются существенными недостатками этого способа пуска синхронных двигателей. Поэтому в настоящее время он применяется редко.

Асинхронный пуск синхронного двигателя. Для осуществления этого способа пуска в полюсных наконечниках полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка. Так как во время пуска в обмотке возбуждения 1 двигателя наводится большая э. д. с, то по соображениям безопасности она замыкается рубильником 2 на сопротивление 3

При включении напряжения трехфазной сети в обмотку статора 4 синхронного двигателя возникает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая короткозамкнутую (пусковую) обмотку, заложенную в полюсных наконечниках ротора, индуктирует в ней токи.

Эти токи, взаимодействуя с вращающимся полем статора, приведут ротор во вращение. При достижении ротором наибольшего числа оборотов (95—97% синхронной скорости) рубильник 2 переключают так, чтобы обмотку ротора включить в сеть постоянного напряжения.

Недостатком асинхронного пуска является большой пусковой ток (в 5—7 раз больший рабочего тока). Пусковой ток вызывает падение напряжения в сети, а это отражается на работе других потребителей. Для уменьшения пускового тока применяют пуск при пониженном напряжении с помощью реактора 2 или автотрансформатора.

В настоящее время применяют почти исключительно асинхронный пуск синхронных двигателей ввиду его простоты и надежности. Существуют также схемы автоматического асинхронного пуска синхронных двигателей

Синхронные двигатели

Синхронный двигатель – машина трехфазного тока, к ротору кото-рой подводится постоянный тока. Частота вращения ротора равна час-тоте вращения магнитного поля статора. Эта зависимость определяется частотой тока в сети и числом пар полюсов

Рис. Схема запуска синхронного двигателя.

1 – обмотка возбуждения; 2 – переключатель; 3 – пусковое сопротивление; 4 – короткозамкнутая обмотка ротора; 5 – обмотка статора; 6 – рубильник; 7 – якорь возбудителя; 9 обмотка возбудителя

Читать еще:  Газ 172412 какой двигатель

Статор синхрон-ного двигателя не отличается от статора асинхронного. Ротор выполнен с явно вы-раженными полюсами у тихоходных двига-телей и неявно вы-раженными полюсами быстроходных.

Принцип действия синхронного двигателя основан на электромагнитном взаимодействии между полюсами вращающегося магнитного поля статора и полюсами ротора, образованными в результате подачи в обмотку ротора постоянного тока. Однако при включении двигателя ротор вибрирует, но не вращается, поскольку переменный ток меняет свое направление с частотой 50 Гц создавая непрерывные толчки в обе стороны.

Для обеспечения запуска синхронного двигателя его ротор кроме обмотки возбуждения снабжают дополнительной пусковой обмоткой (короткозамкнутой или фазной). Такая обмотка обеспечивает как обычно асинхронного при полном или пониженном напряжении. При достижении ротором двигателя частоты вращения близкой к синхронной, в обмотку возбуждения подается постоянный ток и двигатель начинает работать в синхронном режиме.

При достижении ротором в двигателя частоты вращения близкой к синхронной в обмотку возбуждения подается постоянный ток, после чего двигатель начинает работать в синхронном режиме.

При этом дополнительная пусковая обмотка не оказывает никакого действия, так как вращаясь синхронно с магнитным полем она не пересекается с магнитными линиями и в ней не индуцируется токи и не создается вращающий момент. Питание обмотки возбуждения осуществляется от специальных генераторов постоянного тока или от полупроводниковых выпрямителей.

После запуска синхронного двигателя, если нагрузка на валу равна нулю, вектор напряжения совпадает с вектором индуцированной ЭДС. Если к валу двигателя приложить момент, то появится угол сдвига θ между указанными векторами и двигатель начинает развивать вращающий момент, величина которого будет функцией угла θ

Где – напряжение статора; Е – ЭДС наводимая в обмотке статора магнитным полем ротора; ω – угловая скорость магнитного поля статора; x1 – индуктивное сопротивление обмотки статора.

Это уравнение является угловой характеристикой синхронного двигателя. Момент двигателя возрастает при изменении угла θ от 0 до 90°, а затем уменьшается. Максимального значения момент достигает при θ=90°. При большем угле работа двигателя становится неустойчивой и увеличение нагрузки приводит к нарушению синхронности и остановке. Номинальному моменту соответствует угол θ=25÷30° (sinθ=0,43÷0,50) При этом перегрузочная способность

λ

С увеличением тока возбуждения, т.е. подводимого к обмотке ротора перегрузочная способность двигателя увеличивается, а с уменьшением – снижается. Но как видно из уравнения момент двигателя пропорционален первой степени напряжения, что делает его менее чувствительным к колебаниям напряжения в сеть по сравнению с асинхронным двигателем. Частота вращения ротора синхронного двигателя не зависит от нагрузки и при всех режимах остается постоянной. Поэтому механическая характеристика таких двигателей является абсолютно жесткой. Синхронные двигатели применяются для привода машин с неизменной частотой вращения.

Рис. Механическая характеристика синхронного двигателя

Основные преимущества синхронного двигателя:

— частота вращения не зависит от нагрузки;

-возможность работы с опережающим cosφ

— меньшая, чем у асинхронных двигателей, зависимость момента от напряжения сети

Недостатки синхронного двигателя:

-необходимость иметь два рода тока;

-возможность нарушения синхронности при перегрузках;

Сложность регулирования частоты вращения.

В настоящее время синхронный двигатель применяется в установках не требующих регулирования частоты вращения и частого пуска. К ним относятся крупные вентиляторные, насосные и компрессорные установки.

Практические основы синхронных двигателей, которые должен знать каждый инженер-электрик

Видео: Things Mr. Welch is No Longer Allowed to do in a RPG #1-2450 Reading Compilation 2021, Август

строительство

Как и асинхронный двигатель, синхронный двигатель состоит из статора и ротора, разделенных воздушным зазором . Он отличается от асинхронного двигателя тем, что поток в воздушном зазоре не обусловлен компонентом тока статора.

Пара древних компрессоров для кондиционирования воздуха с углекислым газом, оснащенная двумя антивибрационными синхронными двигателями с открытой рамой мощностью 150 лошадиных сил. Этот тип системы кондиционирования относится к 1930-м годам. (фото кредит: Jeffs4653 через Flickr)

Он создается магнитами или током катушки поля, обеспечиваемым внешним источником постоянного тока, питающим обмотку, размещенную в роторе.

Давайте рассмотрим темы, которые мы обсудим.

  • статор
  • ротор

  • С постоянными магнитами
  • С раневой катушкой
  • Рабочие характеристики
  • Другие типы синхронных двигателей

    • Практическая реализация (ВИДЕО)
  • Синхронные асинхронные двигатели
  • Шаговые двигатели
    • Практическая реализация (ВИДЕО)
  • статор

    Статор состоит из корпуса и магнитной цепи, обычно включающих слои кремниевой стали, и трехфазной катушки, аналогичной асинхронному двигателю, снабженному трехфазным переменным током для создания вращающегося поля.

    РИСУНОК 1 — Магнитный скелет (верхняя половина) и структурные части (нижняя половина) десятиполюсного (720 об / мин при 60 циклах) синхронного двигателя.

    Вернуться к содержанию ↑

    ротор

    Ротор несет магниты поля или катушки, через которые протекает постоянный ток, и которые создают расположенные северные и южные полюса. В отличие от асинхронных машин ротор вращается без скольжения со скоростью вращающегося поля.

    Поэтому существуют два разных типа синхронных двигателей: магнитные двигатели и двигатели с ротационным ротором.

    Читать еще:  Что такое двигатель valvematic
    С постоянными магнитами

    При использовании электродвигателей с магнитом ротор двигателя оснащен постоянными магнитами (см. Рис. 2) (обычно редкоземельными магнитами), чтобы добиться увеличения напряженности поля в небольшом объеме. Статор имеет трехфазные обмотки.

    Эти двигатели могут выдерживать значительные перегрузочные токи для достижения ускорения ускорения.

    Они всегда используются с приводом с переменной скоростью, и эти узлы моторного привода предназначены для конкретных рынков, таких как роботы или станки, для которых необходимы более мелкие двигатели, ускорение и полоса пропускания.

    Рисунок 2 — Поперечное сечение двигателя с постоянными магнитами

    Вернуться к содержанию ↑

    С раневой катушкой

    Второй тип синхронной машины имеет раневую катушку и является реверсивной машиной, которая может работать как генератор (генератор), так и двигатель. На протяжении многих лет эти машины в основном используются в качестве генераторов.

    Их использование в качестве двигателей практически сводилось к приложениям, где необходимо было набирать нагрузки с фиксированной скоростью, несмотря на относительно большие колебания их резистивного крутящего момента .

    Разработка прямых (циклопереключателей) или непрямых преобразователей частоты, работающих с естественным переключением из-за способности синхронных машин обеспечивать реактивную мощность, позволила создать высокопроизводительные и надежные электроприводы с переменной скоростью.

    Эти диски особенно конкурентоспособны по сравнению с решениями конкурентов для номиналов мощности более одного мегаватта.

    Несмотря на то, что можно найти синхронные двигатели, используемые в промышленности в диапазоне мощности от 150 кВт до 5 МВт, он превышает 5 МВт, что электроприводы, использующие синхронные двигатели, становятся практически существенными, в основном в сочетании с приводами с переменной скоростью.

    Вернуться к содержанию ↑

    Рабочие характеристики

    Крутящий момент двигателя синхронной машины пропорционален напряжению на его клеммах, тогда как асинхронная машина пропорциональна квадрату этого напряжения. В отличие от асинхронного двигателя, он может работать с коэффициентом мощности, равным одному или очень близко к нему .

    Таким образом, синхронный двигатель имеет ряд преимуществ перед асинхронным двигателем в отношении его способности питаться от сети постоянного напряжения / частоты:

    1. Скорость двигателя постоянна, независимо от нагрузки.
    2. Он может обеспечивать реактивную мощность и увеличивать коэффициент мощности установки.
    3. Он может выдерживать относительно большие падения напряжения (около 50% из-за его сверхвозбуждающих свойств) без остановки.

    Тем не менее, синхронный двигатель, подаваемый напрямую постоянным напряжением / частотой, имеет два недостатка:

    1. У него возникают трудности. Если двигатель не комбинируется с приводом с переменной скоростью, запуск должен выполняться при холостом ходу, либо путем запуска DOL для небольших двигателей, либо с помощью пускового двигателя, который приводит его в движение на скорости, близкой к синхронной, до прямого подключения к линии поставка.
    2. Он может заглохнуть, если резистивный крутящий момент превышает максимальный электромагнитный момент. В этом случае весь процесс запуска должен быть повторен.

    Вернуться к содержанию ↑

    Другие типы синхронных двигателей

    В заключение этого обзора промышленных двигателей мы также должны упомянуть линейные двигатели, синхронные асинхронные двигатели и шаговые двигатели.

    Линейные двигатели

    Их конструкция идентична структуре синхронных роторных двигателей: они состоят из статора (пластины) и ротора (форкера), которые находятся в линии . В общем, пластина движется вдоль форкера на направляющей. Этот тип двигателя устраняет всю промежуточную кинематику для преобразования движения, что означает, что на этом приводе нет никакого механического износа или механического износа.

    Линейные электродвигатели могут управлять линейной нагрузкой без промежуточных шестеренок, винтов или коленчатых валов .

    Линейный синхронный двигатель (LSM) представляет собой линейный двигатель, в котором механическое движение синхронно с магнитным полем, т. Е. Механическая скорость совпадает с скоростью движущегося магнитного поля (рис. 3).

    Рисунок 3 — линейные шаговые двигатели с постоянным магнитом (PM)

    Тяга (силовая сила) может генерироваться как действие:

      Движущееся магнитное поле, создаваемое полифазной обмоткой, и массив магнитных полюсов N, S,

    , N, S или ферромагнитная направляющая с переменным сопротивлением (LSM с обмотками якоря переменного тока);
    Магнитное поле, создаваемое обмотками постоянного тока с электронным управлением и массив магнитных полюсов N, S,

    , N, S или переменная сопротивляемость ферромагнитной направляющей (линейные ступенчатые или переключаемые двигатели с сопротивлением).

    Часть, создающая движущееся магнитное поле, называется арматурой или форкером . Часть, которая обеспечивает постоянный магнитный поток или переменное сопротивление, называется полевой системой возбуждения (если существует система возбуждения) или рельефным рельсом, реакционной решеткой или плитой с переменным сопротивлением. Следует избегать терминов первичного и вторичного, поскольку они оправданы только для линейных асинхронных двигателей (LIM) или трансформаторов.

    Работа LSM не зависит от того, какая часть подвижна и какая из них неподвижна .

    Вернуться к содержанию ↑

    Как работает линейный двигатель?
    Линейные двигатели Yaskawa в движении

    Вернуться к содержанию ↑

    Синхронные асинхронные двигатели

    Это асинхронные двигатели. Во время начальной фазы двигатель работает в асинхронном режиме, и когда он достиг скорости, близкой к синхронной, он переключается в синхронный режим .

    Если он имеет высокую механическую нагрузку, он больше не может работать в синхронном режиме и возвращается в асинхронный режим. Эта особенность достигается специальной конструкцией ротора и, как правило, для двигателей с малой мощностью.

    Читать еще:  Электроподогрев двигателя ваз своими руками

    Вернуться к содержанию ↑

    Шаговые двигатели

    Шаговый двигатель является двигателем, который работает в соответствии с электрическими импульсами, подающими свои катушки. В зависимости от его электропитания это может быть:

    1. Униполярный, если его катушки всегда подаются в одном направлении одним напряжением, поэтому название однополярное.
    2. Биполярный, когда его катушки поставляются иногда в одном направлении, а иногда и в другом. Они иногда создают Северный полюс, а иногда и Южный полюс, отсюда и название биполярное.

    Шаговые двигатели могут быть переменного типа сопротивления или магнита или их комбинации (см. Рис. 4).

    Рисунок 4 — Три типа шагового двигателя

    Минимальный угол поворота между двумя модификациями электрических импульсов называется шагом. Мотор характеризуется числом шагов за оборот (т. Е. На 360 °). Наиболее распространенными значениями являются 48, 100 или 200 шагов за оборот.

    Поэтому двигатель вращается прерывисто. Чтобы улучшить разрешение, количество шагов может быть увеличено чисто электронным способом (микрошаговая операция). Изменяя ток в катушках ступенями (см. Рис. 5), создается результирующее поле, которое скользит с одного шага на другой, тем самым эффективно уменьшая шаг.

    Цепи для микрошагов умножают количество шагов двигателя на 500, таким образом изменяя, например, от 200 до 100 000 шагов .

    Рисунок 5 — Токовые шаги, применяемые к катушкам шагового двигателя для уменьшения его шага

    Электроника может использоваться для управления хронологией этих импульсов и подсчета количества импульсов. Таким образом, шаговые двигатели и их цепи управления позволяют валу вращаться с высокой степенью точности с точки зрения скорости и амплитуды.

    Таким образом, их работа аналогична работе синхронного двигателя, когда вал вращается непрерывно, что соответствует заданной частоте, крутящему моменту и значениям инерции рабочей нагрузки (см. Рис. 6). Если эти пределы превышены, двигатель останавливается, следствием чего является останов двигателя.

    Рисунок 6 — Максимальный крутящий момент согласно ступенчатой ​​частоте

    Точное угловое позиционирование возможно без измерительной петли. Небольшие модели этих двигателей, как правило, с номинальной мощностью менее одного кВт, имеют источник питания низкого напряжения.

    В промышленности эти двигатели используются для приложений управления положением, таких как установочные упоры для отрезания по длине, регулирующие клапаны, оптические или измерительные приборы, загрузочные и разгрузочные прессы или станки и т. Д.

    Простота этого решения делает его особенно экономичным (без обратной связи). Магниевые шаговые двигатели также имеют преимущество при остановленном крутящем моменте, когда нет питания . С другой стороны, начальное положение движущейся части должно быть известно и учтено электроникой, чтобы обеспечить эффективный контроль.

    Вернуться к содержанию ↑

    Основы шагового двигателя — демо с помощью кнопок Push!
    Учебное пособие по двигателю Arduino!

    Вернуться к содержанию ↑

    Рекомендации:

    • Электродвигатели Э. Гошерона (Schneider Electric)
    • Линейные синхронные двигатели Яцека Ф. Гираса, Збигнева Дж. Пьеха и Бронислава З. Томчука

    Синхронные электродвигатели

    Заводы производители синхронных электродвигателей: Элсиб, WEG, VEM, Силовые машины — завод Реостат , ELSIB, Русэлпром

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

    Применение

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

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

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

    Применение синхронных двигателей для привода:

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

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

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

    Преимущества синхронных электродвигателей:

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

    Устройство синхронного двигателя

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

    Синхронный электродвигатель состоит из двух основных частей:

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

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

    Типы синхронных электродвигателей

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector