Синхронні електродвигуни: пристрій, схема

Технології 03 липня 2022 Перегляди: 78

Особливістю синхронних електродвигунів є те, що у магнітного потоку і ротора швидкості обертання однакові. З цієї причини ротор електричного двигуна не змінює свою швидкість при збільшенні навантаження. На роторі знаходиться обмотка, яка створює магнітне поле.

Іноді використовуються потужні постійні магніти. Зазвичай у синхронних машинах на роторі стільки ж обмоток, скільки і на статорі. Так виходить вирівняти швидкості обертання магнітного потоку і ротора. Навантаження, яке підключене до електродвигуна, на швидкість не впливає взагалі.

Конструкція електродвигуна

Пристрій синхронного електродвигуна складається з таких елементів:

1. Нерухома частина — статор, на якому розташовуються обмотки.
2. Рухомий ротор, його іноді називають індуктором або якорем.
3. Передні і задні кришки.
4. Підшипники, що встановлюються на роторі.

Між якорем і статором є вільний простір. У пазах закладаються обмотки, вони з’єднуються в зірку. Як тільки на двигун подається напруга, по обмотці якоря починає протікати струм. Утворюється магнітне поле навколо індуктора. Але на статор теж подається напруга. І тут виникає магнітний потік. Ці поля зміщені відносно один одного.

Як працює синхронний мотор

У синхронних машинах електромагніти на статорі є полюсами, оскільки вони працюють на постійному струмі. Всього існує дві схеми, за якими з’єднуються обмотки статорів:

1. Явнополюсна.
2. Неявнополюсна.

Для того щоб знизити магнітний опір і оптимізувати умови проходу поля, застосовуються сердечники, виготовлені з ферромагнетиків. Вони є як у статорі, так і в роторі.

Виготовляються вони зі спеціальних сортів електротехнічної сталі, в якій міститься величезна кількість такого елемента, як кремній. За допомогою цього вдається значно знизити вихоровий струм, а також збільшити електричний опір металу.

В основі роботи синхронних електродвигунів лежить взаємодія полюсів статора і ротора. При запуску відбувається прискорення до швидкості руху потоку. Саме в таких умовах електричний двигун діє в синхронному режимі.

Метод запуску за допомогою додаткового електромотора

Раніше використовувалися спеціальні двигуни для запуску, які з’єднувалися з мотором за допомогою механічних пристроїв (ремінною передачею, ланцюговою тощо). Під час запуску ротор починав обертатися і, поступово прискорюючись, досягав значення синхронної швидкості. Після цього електродвигун сам починав працювати. Саме такий принцип дії у синхронного електродвигуна, незалежно від конструкції і виробника.

Обов’язковою умовою є те, що пусковий електродвигун повинен мати потужність близько 15% від аналогічної характеристики мотора. Такої потужності виявляється цілком достатньо, щоб запустити будь-який синхронний електродвигун, навіть якщо до нього підключено невелике навантаження. Цей метод досить складний, а собівартість всього обладнання значно підвищується.

Сучасний метод запуску

Сучасні конструкції синхронних електродвигунів не оснащуються подібними схемами для розгону. Використовується інша система запуску. Приблизно таким чином відбувається включення синхронної машини:

1. За допомогою реостата замикаються обмотки ротора. В результаті якір стає короткозамкнутим, як на простих асинхронних електродвигунах.
2. На роторі є ще й короткозамкнута обмотка, яка є заспокійливою, з її допомогою запобігається качанню якоря під час синхронізації.
3. Як тільки якір досягає мінімальної швидкості обертання, до його обмотків підключається постійний струм.
4. Якщо використовуються постійні магніти, то застосовувати зовнішні пускові двигуни доведеться обов’язково.

Існують кріогенні синхронні електромотори, в яких використовується конструкція зверненого типу. Обмотки збудження виготовляються з надпровідникових матеріалів.

Переваги синхронних машин

Асинхронні і синхронні електродвигуни мають дуже схожі конструкції, але відмінності все одно є. В останніх є явна перевага в тому, що відбувається збудження від джерела постійного струму. У цьому випадку може мотор працювати при дуже великому коефіцієнті потужності. Існують також інші переваги синхронних двигунів:

1. Вони працюють із завищеним коефіцієнтом. Це дозволяє зменшити витрату електроенергії, а також істотно знижує втрати струму. Коефіцієнт корисної дії синхронної машини буде набагато вище, ніж у асинхронного двигуна з такою ж потужністю.
2. Крутить момент безпосередньо залежить від того, яка напруга в живильній мережі. Навіть за умови, що напруга в мережі зменшиться, потужність збережеться.

Але все одно асинхронні машини використовується набагато частіше, ніж синхронна. Справа в тому, що вони мають велику надійність, просту конструкцію, не потребують додаткового догляду.

Недоліки синхронних двигунів

Виявляється, що недоліків у синхронних машин набагато більше. Ось тільки основні:

1. Схема синхронного електродвигуна досить складна, вона складається з великої кількості елементів. Саме з цієї причини собівартість пристрою виявляється дуже високою.
2. Обов’язково потрібно використовувати для живлення індуктора джерело постійного струму. Це значно ускладнює всю конструкцію.
3. Процедура запуску електричного двигуна досить складна, ніж у асинхронних машин.
4. Регулювати частоту обертання ротора можна тільки за допомогою частотних перетворювачів.

В цілому ж, переваги істотно перекривають недоліки синхронних електродвигунів. З цієї причини вони дуже часто використовуються там, де необхідно вести безперервний постійний виробничий процес, де не потрібно часто зупиняти і запускати обладнання. Синхронні машини можна зустріти в млинах, дробарках, насосах, компресорах. Вони рідко вимикаються, працюють майже постійно. За рахунок застосування таких моторів можна досягти істотної економії електроенергії.