Схема подключения синхронного двигателя переменного тока: Схема подключения синхронного двигателя переменного тока

Схема подключения синхронного двигателя переменного тока

Содержание

1. Устройство синхронного двигателя
2. Как работает синхронный двигатель
3. Схема запуска двигателя и его регулировка
4. Различия синхронных и асинхронных двигателей
5. Конструктивные особенности и принцип работы
6. Синхронные электродвигатели имеют в своей основе принцип взаимодействия полюсов индуктора и статора. Во время пуска двигатель ускоряется до скорости вращения магнитного потока. Только при таком условии электродвигатель начинает действовать в синхронном режиме. При таком процессе магнитные поля образуют пересечение, возникает вход в синхронизацию.
7. Достоинства и недостатки
8. Синхронные электродвигатели имеют и другие достоинства:
9. Недостатками являются следующие отрицательные моменты:
10. Выбор двигателя
11. К вопросу приобретения синхронного электродвигателя нужно подходить, основываясь на следующие факторы:
12. Сфера применения

Прежде чем рассматривать принцип действия синхронного двигателя, необходимо помнить, что это электрическая машина, работающая на переменном токе, у которой ротор вращается с частотой, которая равна частоте вращения магнитного поля в воздушной прослойке.

Синхронный двигатель состоит из основных частей – якоря и индуктора. Обычно, его исполнение сделано таким образом, что якорь расположен на статоре, а индуктор – на роторе, отделенном воздушной прослойкой. Данные агрегаты обладают высоким коэффициентом мощности. Существенным плюсом является возможность их использования в сетях с любым напряжением.

Устройство синхронного двигателя

Конструкция синхронного двигателя состоит из двух основных частей – статора и ротора. Статор является неподвижной частью агрегата, а ротор – подвижной. В состав якоря входят одна или несколько обмоток переменного тока. При работе двигателя токи, поступающие в якорь, приводят к вращению магнитного поля, пересекающегося с полем индуктора и преобразующего энергию. Поле якоря носит другое название – поле реакции якоря. В генераторе такое поле создается с помощью индуктора.

В состав индуктора входят электромагниты постоянного тока, называемые полюсами. Во всех синхронных электродвигателях индукторы бывают двух конструкций – явнополюсная и не явнополюсная, отличающиеся расположением полюсов. Конструкция статора включает в себя корпус и сердечник, в состав которого входят двух- и трехфазные обмотки. Сами обмотки могут быть распределенными и сосредоточенными.

Чтобы уменьшить магнитное сопротивление и улучшить прохождение магнитного потока, используются ферромагнитные сердечники, расположенные в роторе и статоре, для изготовления которых используется электротехническая сталь. Она обладает интересными свойствами, например, повышенным содержанием кремния, с целью повышения ее электрического сопротивления и уменьшения вихревых токов.

Каждый синхронный электродвигатель обладает важным параметром – электромагнитным моментом. Он возникает в том случае, когда магнитный поток ротора начинает взаимодействовать с вращающимся магнитным полем. Данное поле образуется под влиянием трехфазного тока, протекающего по обмотке якоря.

В режиме холостого хода происходит совпадение осей магнитных полей ротора и статора. Поэтому электромагнитные силы, возникающие между их полюсами, принимают радиальное направление и значение электромагнитного момента агрегата становится равным нулю. При переходе устройства в двигательный режим, на ротор начинает воздействовать внешние нагрузочный момент, приложенный к валу. В результате, происходит смещение ротора на величину определенного угла против направления вращения.

Подобное электромагнитное взаимодействие между ротором и статором приводит к созданию электромагнитных сил, направленных в сторону вращения. Таким образом, действие вращающегося электромагнитного момента стремится к преодолению действия внешнего момента. Максимальное значение электромагнитного момента образует угол 90 градусов, при расположении полюсов ротора между осями полюсов статора.

Если значение нагрузочного момента, приложенного к валу двигателя, превысит максимальный электромагнитный момент, в этом случае двигатель остановится под влиянием внешнего момента. Из-за этого в неподвижном двигателе по обмотке якоря будет проходить очень высокий ток. Данный режим является аварийным, он представляет собой выпадение из синхронизма и на практике не должен допускаться.

Как работает синхронный двигатель

Принцип действия синхронного двигателя основывается на взаимном влиянии магнитных полей якоря и полюсов индуктора. При обращенной конструкции агрегата расположение якоря и индуктора выполнено наоборот, то есть, первый расположен на роторе, а другой – на статоре. Такой вариант используют криогенные синхронные машины, у которых в состав обмоток возбуждения входят материалы со свойствами сверхпроводимости.

При запуске двигателя его разгоняют до частоты близкой к той, с которой в зазоре вращается магнитное поле. Только после этого он переходит в синхронный режим. В данной ситуации происходит пересечение магнитных полей якоря и индуктора. Этот момент получил название входа в синхронизацию.

При разгоне используется состояние асинхронного режима, когда происходит замыкание обмоток индуктора с помощью реостата или короткозамкнутым путем, подобно асинхронным машинам. Для того, чтобы осуществлять запуск в таком режиме, ротор оснащается короткозамкнутой обмоткой, которая одновременно является успокоительной обмоткой, способной устранить раскачивание ротора во время синхронизации. После того, как скорость становится близко к номинальной, в индуктор подается постоянный ток.

Таким образом, синхронный двигатель это не только двигатель, но и своеобразный генератор, поскольку у них одинаковое конструктивное исполнение. Схема работы двигателя будет следующей. Обмотка якоря подключается к трехфазному переменному току, а к обмотке возбуждения от постороннего источника подается постоянный ток. Вращающееся магнитное поле, созданное трехфазной обмоткой и поле, созданное обмоткой возбуждения, взаимодействуют между собой. Это вызывает появление электромагнитного момента, приводящего ротор во вращающееся состояние.

Для двигателей, где установлены постоянные магниты, применяются специальные внешние разгонные двигатели. В отличие от асинхронных устройств, разгон ротора в синхронном двигателе должен достигнуть частоты вращения магнитного поля. Это связано с подачей в обмотку ротора тока из постороннего источника, а не индуцируется в нем под действием магнитного поля статора, следовательно, на него не влияет частота вращения вала. В результате, синхронный двигатель переменного тока приобретает постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки. Специфический принцип работы этих устройств оказал влияние на их пуск и регулировку частоты вращения.

Схема запуска двигателя и его регулировка

У синхронных двигателей отсутствует начальный пусковой момент. При подключении якорной обмотки к источнику переменного тока, электромагнитный момент дважды изменить свое направление за один период изменения тока. Это происходит, когда ротор находится в неподвижном состоянии, а в обмотке возбуждения протекает постоянный ток.

Таким образом, величина среднего момента в течение одного периода будет иметь нулевое значение. Чтобы увидеть, как работает синхронный двигатель при пуске, нужно выполнить разгон его ротора под действием внешнего момента до вращения с частотой, приближенной к синхронной.

Сам запуск агрегата может производиться разными способами:

• В первом случае используется схема асинхронного включения, основой которой служит глухо подключенный возбудитель. Данный способ применяется при статическом моменте нагрузки ниже 0,4, когда отсутствует падение напряжения. Сопротивление разряда замыкается в обмотке возбуждения, за счет чего исключаются перебои с возбуждением обмотки во время впуска, поскольку незначительная скорость вращения ротора приводит к перенапряжению. Когда скорость становится близкой к синхронной, контактор реагирует на это изменение, в результате происходит переключение обмотки возбуждения из разрядного сопротивления непосредственно на якорь возбудителя.
• Во втором варианте пуска используется тиристорный возбудитель. Этот способ считается более надежным из-за высокого КПД. Управление возбуждением значительно облегчается. Подача возбуждение осуществляется автоматически с помощью электромагнитного реле.

Различия синхронных и асинхронных двигателей

Все электродвигатели переменного тока по принципу действия могут быть асинхронными и синхронными. В первом случае вращение ротора будет медленнее, по сравнению с магнитным полем, а во втором – вращение ротора и магнитного поля происходит с одинаковой скоростью.

В асинхронном двигателе вращающееся переменное магнитное поле создается обмотками, закрепленными на статоре. Концы этих обмоток выведены в общую клеммную коробку. Во избежание перегрева на валу двигателя устанавливается вентилятор. Ротор выполнен из металлических стержней, замкнутых с двух сторон между собой. Он представляет единое целое с валом и получил название короткозамкнутого ротора.

Вращение магнитного поля происходит под действием постоянной смены полюсов. Соответственно, в обмотках изменяется направление тока. На скорость вращения вала оказывает влияние количество полюсов магнитного поля.

Синхронный электродвигатель конструктивно отличается от асинхронных агрегатов. Здесь вращение ротора и магнитного поля происходит с одинаковой скоростью. Напряжение на ротор для зарядки обмоток подается с помощью щеток, а не индуцируется действием переменного магнитного поля. Направление тока в обмотках изменяется одновременно с направлением магнитного поля, поэтому вал синхронного двигателя всегда вращается в одну сторону.

Схемы управления синхронными двигателями можно условно разделить на релейно-контакторные, применяемые для пуска, синхронизации с сетью и останова нерегулируемых по скорости электроприводов, и схемы с силовыми преобразователями, предназначенные для регулирования переменных ЭП с синхронными двигателями.

Релейно-контакторные схемы управления двигателей кроме операций по включению и отключению двигателя, ограничению пусковых токов и его синхронизации с сетью должны обеспечивать и соответствующее регулирование тока возбуждения. Электротехническая промышленность выпускает широкую номенклатуру типовых панелей и шкафов управления для синхронных двигателей различных мощностей и уровней номинального напряжения.

Типовая схема управления возбуждением двигателя в функции скорости. Подключение обмотки возбуждения к источнику питания U_B осуществляется контактором КМ2 (рис. 6.10, а), который управляется реле скорости KR. Катушка этого реле связана с частью разрядного резистора R_p через диод VD.

При включении контактора КМ1 (его цепи управления на рисунке не показаны) обмотка статора двигателя подключается к сети переменного тока и образует вращающееся магнитное поле, под действием которого он начнет разбег и которое наведет ЭДС в обмотке возбуждения двигателя. Под действием ЭДС по катушке реле KR начнет протекать выпрямленный ток, оно включится и разомкнет цепь питания контактора КМ2. Разбег двигателя будет происходить без тока возбуждения с закороченной на разрядный резистор R_p обмоткой возбуждения.

По мере роста скорости ротора его ЭДС и ток в катушке реле KR, снижаются. При подсинхронной скорости ток в катушке реле KR станет меньше тока отпускания, реле отключится и вызовет тем самым включение контактора КМ2. Контактор КМ2 подключит обмотку возбуждения к источнику питания. Далее происходит процесс синхронизации СД с сетью.

Схема управления возбуждением двигателя в функции тока (рис. 6.10, б) содержит реле тока КА, обмотка которого питается от трансформатора тока ТА, и реле времени КТ. При подключении двигателя к сети контактором КМ1 в цепи обмотки статора возникает бросок пускового тока, что приводит к срабатыванию реле КА. Контакт этого реле замыкает цепь питания реле времени КТ, что вызывает отключение контактора возбуждения КМ2. Разбег двигателя, как и в предыдущем случае, осуществляется с закороченной на разрядный резистор R_p обмоткой возбуждения.

Рис. 6.10. Схемы управления пуском двигателя с использованием принципа

скорости (а) и тока (б)

В конце пуска при подсинхронной скорости двигателя и уменьшении тока в статоре реле КА отключается и катушка реле времени КТ теряет питание. Через заданную выдержку времени включается контактор КМ2, и через его контакты обмотка возбуждения подключается к источнику питания U , после чего двигатель втягивается в синхронизм.

Отметим, что в рассмотренных схемах после срабатывания контактора возбуждения КМ2 разрывается цепь разрядного резистора R_p, что облегчает тепловой режим его работы и повышает экономичность схемы.

Электротехническая промышленность выпускает типовые панели и шкафы управления синхронными двигателями разных типов. Рассмотрим в качестве примера схему одной из таких панелей.

Схема типовой панели ПУ 7502управления низковольтным синхронным двигателем приведена на рис. 6.11. Панель управления обеспечивает прямой (без токоограничения) пуск с глухоподключенным возбудителем G и форсировку возбуждения при снижении уровня питающего напряжения. В схеме предусмотрены также защиты: тепловая (реле КК и трансформаторы тока ТА1 и ТА2), токовая (автоматы QF1 и QF2), от снижения напряжения сети переменного тока (реле KV2, KV3) и постоянного тока (реле KV1).

Пуск двигателя может быть осуществлен только при нормальных уровнях питающих схему напряжений постоянного и переменного тока. В этом случае, если рукоятка командоконтроллера SA находится в среднем положении и включены автоматы QF1 и QF2, срабатывают реле напряжения KV2, KV3 и реле времени КТ, что подготавливает схему к пуску двигателя.

При переводе рукоятки SA в положение «Включено» срабатывает реле KV1 и катушка линейного контактора КМ1 подключается к ис-

Рис. 6.11. Схема синхронного электропривода с использованием типовой панели управления

точнику питания, к обмотке статора двигателя подводится напряжение переменного тока, и он начинает разбег. При подсинхронной скорости происходит возбуждение возбудителя G и соответственно двигателя, который втягивается в синхронизм.

При резком снижении питающего напряжения происходит включение контактора КМ2, который при этом шунтирует резистор форсировки /?_ф. В результате возрастают токи возбуждения возбудителя и двигателя, увеличивается его ЭДС, что приводит к увеличению максимального момента и соответственно перегрузочной способности двигателя. О включении контактора форсировки КМ2 сигнализирует указательное реле КН.

Для контроля тока статора двигателя в схеме предусмотрен амперметр РА1, а тока возбуждения — амперметр РА2, питаемый от шунта RS.

Замкнутая схема ЭП с вентильным двигателем, предназначенная для регулирования его скорости (рис. 6.12), построена по принципу подчиненного регулирования координат и включает в себя управляемый выпрямитель УВ, коммутатор (инвертор) К, реактор L, регуляторы тока РТ и скорости PC, датчики тока ДТ, скорости ДС и положения ДП. Схема обеспечивает механические характеристики ЭП, аналогичные показанным на рис. 5.36, б.

По замкнутым структурам построены схемы автоматического регулирования возбуждения (АРВ) синхронных двигателей.

Рис. 6.12. Замкнутая схема вентильного двигателя

Особенностью работы двигателя является равенство скорости вращения ротора и скорости вращения магнитного потока. Поэтому скорость вала двигателя не зависит и не изменяется от величины подключаемой нагрузки. Это достигается за счет того, что индуктор синхронного электродвигателя является электромагнитом, в некоторых случаях постоянным магнитом.

Количество пар полюсов ротора одинаково с числом пар полюсов у движущегося магнитного поля. Взаимное воздействие этих полюсов дает возможность выравнивания скорости ротора. На валу в этот момент может быть любая по величине нагрузка. Она не влияет на скорость вращения индуктора.

Конструктивные особенности и принцип работы

Основными составными частями синхронного электродвигателя являются: статор, который неподвижен, и ротор, иными словами называемый индуктором. Статор имеет другое название – якорь, но от этого его суть не меняется. Эти части двигателя разделены прослойкой воздуха. Между пазами заложена трехфазная обмотка, которая чаще всего имеет соединение по схеме звезды.

Когда двигатель после запуска начал работать, токи якоря образуют движущееся магнитное поле, его вращение дает пересечение поля индуктора. В итоге такой работы двух полей возникает энергия. Магнитное поле статора по своей сути является полем его реакции. В работе генераторов такую энергию получают с помощью индукторов.

Полюсами являются электромагниты статора, работающие на постоянном токе. Статоры синхронных моторов могут выполняться по различным схемам: неявнополюсной, а также явнополюсной. Они отличаются положением полюсов.

Для снижения магнитного сопротивления и оптимизации условий прохода магнитного поля используют сердечники из ферромагнитного материала. Они находятся в роторе и якоре. Производятся они из электротехнической стали, которая содержит большое количество кремния. Это дает возможность снизить вихревые токи и увеличить электрическое сопротивление стали.

Синхронные электродвигатели имеют в своей основе принцип взаимодействия полюсов индуктора и статора. Во время пуска двигатель ускоряется до скорости вращения магнитного потока. Только при таком условии электродвигатель начинает действовать в синхронном режиме.

При таком процессе магнитные поля образуют пересечение, возникает вход в синхронизацию.

Долгое время для разгона мотора применяли отдельный пусковой двигатель. Его соединяли механическим путем с синхронным мотором. При запуске ротор мотора ускорялся и достигал синхронной скорости. Далее мотор самостоятельно втягивался в синхронное движение. При выборе мощности пускового мотора руководствовались 15% мощности от номинала разгоняемого двигателя. Этого резерва мощности было достаточно для запуска синхронного двигателя, даже при наличии небольшой нагрузки.

Такой метод разгона более сложный, значительно повышает стоимость оборудования. В современных конструкциях синхронные электродвигатели не имеют такой схемы разгона. Применяют другую систему разгона. Реостатом замыкают обмотки индуктора по аналогии с асинхронным двигателем. Для запуска на ротор монтируют короткозамкнутую обмотку, являющуюся также и успокоительной обмоткой, которая предотвращает раскачивание ротора при синхронизации.

При достижении ротором номинальной скорости, к индуктору подключают постоянный ток. Однако, для пуска моторов с постоянными магнитами не обойтись без применения пусковых внешних двигателей.

В криогенных синхронных электродвигателях применяется обращенная конструкция. В ней якорь и индуктор размещены наоборот, индуктор находится на статоре, а якорь расположен на роторе. У таких машин возбуждающие обмотки состоят из сверхпроводимых материалов.

Достоинства и недостатки

Синхронные двигатели имеют основное преимущество по сравнению с асинхронными моторами тот факт, что возбуждение от постоянного тока внешнего источника дает возможность работы при значительной величине коэффициента мощности. Эта особенность дает возможность увеличить значение коэффициента мощности для общей сети благодаря включению синхронного мотора.

Синхронные электродвигатели имеют и другие достоинства:

• Электродвигатели синхронного типа работают с повышенным коэффициентом мощности, что создает уменьшение расхода энергии и снижает потери. КПД синхронного мотора выше при той же мощности асинхронного двигателя.
• Синхронные электродвигатели имеют момент вращения, который прямо зависит от напряжения сети. Поэтому он при уменьшении напряжения сохраняет свою мощность больше асинхронного. Это является фактором надежности подобных конструкций моторов.

Недостатками являются следующие отрицательные моменты:

• При проведении сравнительного анализа конструкций двух моторов, можно отметить, что синхронные электродвигатели выполнены по более сложной схеме, поэтому их стоимость будет выше.
• Следующим недостатком для синхронных моторов стала необходимость в источнике тока в виде выпрямителя, либо другого блока питания постоянного тока.
• Запуск двигателя происходит по сложной схеме.
• Регулировка скорости вала двигателя возможна только одним способом, с помощью применения частотного преобразователя.

В итоге можно сказать, что все-таки преимущества синхронных двигателей перекрывают недостатки. Поэтому двигатели такого вида широко применяются в технологических процессах, где идет постоянный непрерывный процесс, и не требуется частая остановка и запуск оборудования: на мельничном производстве, в компрессорах, дробилках, насосах и так далее.

Выбор двигателя

К вопросу приобретения синхронного электродвигателя нужно подходить, основываясь на следующие факторы:

• Условия эксплуатации электродвигателя. По условиям выбирают тип двигателя, который может быть защищенным, открытым или закрытым. А также синхронные электродвигатели отличаются по защите токовых частей от влаги, температуры, агрессивных сред. Для взрывоопасного производства существуют специальные защиты, предотвращающие образование искр в двигателе.
• Особенности выполнения подключения электродвигателя с потребителем.

Синхронные компенсаторы

Они служат для компенсирования коэффициента мощности в электрической сети и стабилизации номинального значения напряжения в местах подключения нагрузок к двигателю. Нормальным режимом синхронного компенсатора является режим перевозбуждения в момент отдачи в электрическую сеть реактивной мощности.

Такие компенсаторы еще называют генераторами реактивной мощности, так как они предназначены для выполнения такой же задачи, как батареи конденсаторов на подстанциях. Когда мощность нагрузок уменьшается, то часто необходимо действие синхронных компенсаторов в невозбужденном режиме при их потреблении реактивной мощности и индуктивного тока, потому что напряжение в сети старается увеличиться, а для его стабилизации на рабочем уровне нужно нагрузить сеть током индуктивности, который вызывает в сети снижение напряжения питания.

Для таких целей синхронные компенсаторы обеспечиваются регулятором автоматического возбуждения. Регулятор изменяет ток возбуждения таким образом, что напряжение на компенсаторе не изменяется.

Сфера применения

Широкое использование электродвигателей асинхронного типа со значительными недогрузками делает работу станций и энергосистем сложнее, так как уменьшается коэффициент мощности системы, это ведет к незапланированным потерям, к их неполному использованию по активной мощности. В связи с этим появилась необходимость в использовании двигателей синхронного типа, особенно для приводов механизмов значительной мощности.

Если сравнивать синхронные электродвигатели с асинхронными, то достоинством синхронных стала их работа коэффициентом мощности равном 1, благодаря действию возбуждения постоянным током. При этом они не расходуют реактивную мощность из питающей сети, а если работают с перевозбуждением, то даже отдают некоторую величину реактивной мощности для сети.

В итоге коэффициент мощности сети улучшается, и снижаются потери напряжения, увеличивается коэффициент мощности генераторов электростанций. Наибольший момент синхронного электродвигателя прямо зависит от напряжения, а у синхронного электромотора – от квадрата напряжения.

Поэтому, при уменьшении напряжения синхронный электромотор имеет по-прежнему значительную нагрузочную способность. Также, применение возможности повышения возбуждающего тока синхронных моторов дает возможность повышать их надежность эксплуатации при внезапных снижениях напряжения, и оптимизировать в таких случаях работу всей энергосистемы.

Из-за большой величины воздушного промежутка дополнительные потери в стальных сердечниках и в роторе синхронных моторов меньше, чем у двигателей асинхронного вида. Поэтому КПД синхронных моторов чаще бывает больше.

Однако устройство синхронных моторов намного сложнее, а также необходим возбудитель или другое устройство питания возбуждения. Поэтому синхронные моторы имеют более высокую стоимость по сравнению с асинхронными с короткозамкнутым ротором.

Запуск и регулировка скорости у синхронных электродвигателей имеет свои сложности. Но при больших мощностях их преимущества превосходят недостатки. Поэтому они применяются во многих местах, где не нужны частые пуски, остановки оборудования, а также нет необходимости в регулировки оборотов двигателя с приводом механизмов насосов, компрессоров, мельниц и т.д.

Как подключить однофазный двигатель

Содержание

1. Подключение однофазного асинхронного двигателя
2. С пусковой емкостью
3. С рабочей емкостью
4. С обоими конденсаторами
5. Расчет емкостей
6. Подключение однофазного синхронного электродвигателя
7. Метод разгона
8. Асинхронный пуск синхронного мотора

Сегодня мы рассмотрим подключение однофазного двигателя переменного тока. К таким относят асинхронные и синхронные моторы, питающиеся от одной фазы, которая обычно имеет напряжение 220 Вольт. Они очень распространены в бытовой сфере и мелком производстве, частном предпринимательстве.

Подключение однофазного асинхронного двигателя

Для разгона асинхронного двигателя требуется создать вращающееся магнитное поле. С этим легко справляется трехфазный источник питания, где фазы сдвинуты друг относительно друга на 120 градусов. Но если речь идет о том, как подключить однофазный электродвигатель, то встает проблема: без сдвига фаз вал не начнет вращаться.

Внутри однофазного асинхронного мотора располагаются две обмотки: пусковая и рабочая. Если обеспечить сдвиг фаз в них, то магнитное поле станет вращающимся. А это главное условие для запуска электродвигателя. Сдвигать фазы можно путем добавочного сопротивления (резистора) или индуктивной катушки. Но чаще всего используют емкости – пусковой и/или рабочий конденсаторы.

С пусковой емкостью

В большинстве случаев схема включает в себя только пусковой конденсатор. Он активен только во время запуска мотора. Поэтому способ хорош, когда пуск обещает быть тяжелым, в противном случае вал не сможет разгоняться из-за небольшого начального момента. После разгона пусковой конденсатор отключается, и работа продолжается без него.

Схема подключения двигателя со вспомогательной емкостью представлена на рисунке выше. Для ее реализации вам потребуется реле или, как минимум, одна кнопка, которую вы будете зажимать на 3 секунды во время запуска мотора в ход. Вспомогательный конденсатор вместе со вспомогательной обмоткой включаются в цепь лишь на некоторое время.

Такая схема обеспечивает оптимальный начальный крутящий момент, если имеют место незначительные броски переменного тока во время пуска. Но есть и недостаток – при работе в номинальном режиме технические характеристики падают. Это обусловлено формой магнитного поля рабочей обмотки: оно у нее овальное, а не круговое.

С рабочей емкостью

Если пуск легкий, а работа тяжелая, то вместо пускового конденсатора понадобится рабочий. Схема подключения показана ниже. Особенность заключается в том, что рабочая емкость вместе с рабочей обмоткой включена в цепь постоянно.

Схема обеспечивает хорошие характеристики при работе в номинальном режиме.

С обоими конденсаторами

Компромиссное решение – использование вспомогательной и рабочей емкости одновременно. Этот способ идеален, если двигатель переменного тока пускается в ход уже с нагрузкой, и сама работа тяжела для него. Посмотрите, схема ниже – это словно две схемы (с рабочей и вспомогательной емкостью), наложенные друг на друга. При запуске на несколько секунд будет включаться пусковой механизм, а второй накопитель будет активен все время: от пуска до завершения работы.

Расчет емкостей

Наибольшую сложность для начинающих представляет расчет емкости конденсаторов. Профессионалы подбирают их опытным путем, прислушиваясь к мотору во время запуска и работы. Так они определяют, подходит накопитель, или нужно поискать другой. Но с небольшой погрешностью в большинстве случаев емкость можно рассчитать так:

• Для рабочего накопителя: 0,7-0,8 мкФ на 1000 Ватт мощности электрического двигателя;
• Для пускового конденсатора: больше в 2,5 раза.

Пример: у вас асинхронный однофазный электродвигатель на 2 кВт. Это 2000 Ватт. Значит, при подключении с рабочей емкостью нужно запастись накопителем 1,4-1,6 мкФ. Для пусковой потребуется 3,5-4 мкФ.

Подключение однофазного синхронного электродвигателя

Несмотря на сложность конструкции синхронных двигателей, они имеют много преимуществ перед асинхронными. Главное – это низкая чувствительность к скачкам напряжения, ведущих к резкому уменьшению или увеличению силы тока. Не менее значим и тот факт, что синхронные моторы могут работать даже с перегрузкой, не говоря уже об оптимальном режиме реактивной энергии и вращении вала с постоянной скоростью. Однако подключение – трудоемкий процесс, и это уже недостаток.

Метод разгона

Нельзя пустить в ход однофазный синхронный двигатель, просто подав питание на его обмотки. Потому что в момент включения направление питающего тока в статорных намотках соответствует рисунку (а). В это время на ротор, который еще находится в состоянии покоя, действует пара сил, которая будет пытаться крутить вал по часовой стрелке. Но через половину периода в статорных намотках ток поменяет свое направление. Поэтому пара сил будет уже действовать в обратном направлении, поворачивая вал против часов стрелки, как на рисунке (б). Поскольку ротор обладает большой инертностью, он так и не сдвинется с места.

Чтобы заставить ротор вращаться, необходимо, чтобы он успевал сделать хотя бы половину оборота, чтобы изменение направления тока не повиляло на его вращение. Это возможно, если разогнать вал при помощи посторонних сил. Это можно сделать двумя путями:

1. Вручную;
2. С использованием второго двигателя.

Собственной силой рук можно разогнать только маломощные синхронные электродвигатели. А для средне- и высокомощных агрегатов придется использовать другой мотор.

При разгоне с посторонней силой ротор начинает вращаться со скоростью, близкой к синхронной. Потом только включается обмотка возбуждения, и затем – статорная намотка.

Асинхронный пуск синхронного мотора

Если в наконечниках на полюсах ротора уложены стержни из металла, и они соединены между собой по бокам кольцами, то мотор должен запускаться асинхронным методом. Эти стержни играют роль вспомогательной обмотки, которая есть у асинхронного двигателя. При этом намотку возбуждения закорачивают с помощью разрядного резистора, а статорную обмотку подключают к сети. Только так можно обеспечить такой же разгон, как и у асинхронного электродвигателя. Но после того, как скорость вращения максимально приблизится к синхронной (достаточно 95% от нее), намотку возбуждения соединяют с источником постоянного тока. Скорость становится полностью синхронной, что влечет за собой снижение ЭДС индукции вспомогательной обмотки вплоть до нуля. И она отключается автоматически.

Важно! Вспомогательные металлические стержни должны обладать высоким активным сопротивлением. В противном случае пусковой момент будет недостаточным для разгона ротора. А закорачивать намотку возбуждения необходимо по одной простой причине: если этого не сделать, то у нее в момент пуска случится пробой, потому что она задает вращение в том же направление, что и пусковая обмотка.

Схема и способ подключения вашего двигателя будет зависеть от того, какой он у вас: синхронный или асинхронный. В учет идет также мощность мотора, а также способ пуска: с нагрузкой или без. Разобраться в рисунках вам поможет элементарное понимание механики и электромагнитных явлений.

Groups.io: группы электронной почты, наддув

Делайте больше с помощью интеграции Легко интегрируйте Zoom, Feeds, Slack, Github, Trello, электронную почту и вскоре еще больше сервисов в свою премиум-группу.	Без рекламы, без отслеживания Мы не размещаем рекламу, и ваши данные никогда не передаются ни в какие сети отслеживания рекламы.
Дополнительные функции В каждой премиум-группе также есть календарь, чат, опросы, раздел базы данных, раздел фотографий, раздел файлов и вики, а также неограниченное количество подгрупп на вашем собственном поддомене.	Только нужные сообщения Отключите темы и ключевые слова, чтобы видеть только те сообщения, которые вас интересуют. Воспользуйтесь улучшенными вариантами доставки электронной почты, включая получение только первого сообщения в каждой цепочке или получение только ответов.

Легко интегрируйте Feeds, Slack, Google Drive, Github, Trello, электронную почту и вскоре еще больше сервисов в свою премиум-группу.

Мы фримиум-сервис. Мы не размещаем рекламу, и ваши данные никогда не передаются ни в какие сети отслеживания рекламы.

В каждой премиум-группе также есть календарь, чат, опросы, раздел базы данных, раздел фотографий, раздел файлов и вики, а также неограниченное количество подгрупп на вашем собственном поддомене.

Отключите темы и ключевые слова, чтобы видеть только те сообщения, которые вас интересуют.
Воспользуйтесь улучшенными вариантами доставки электронной почты, включая получение только первого сообщения в каждой цепочке или получение только ответов.

Конструкция, работа, типы и применение

Электрическая машина — это общий термин, используемый для обозначения электромагнитного устройства, используемого для преобразования электрической энергии в механическую. Его можно использовать как генератор для выработки электрической энергии или как двигатель для выработки энергии механизма. Синхронный двигатель — это тип двигателя, который используется в промышленности из-за его постоянной скорости.

Электродвигатель

Электродвигатель — это машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Он состоит из статора (неподвижной части) и ротора (подвижной части). Когда подается электрическая энергия, ротор вращается, вырабатывая вращательную механическую энергию. Он работает полностью противоположно генератору.

Электрические двигатели можно разделить на двигатели переменного и постоянного тока. В то время как двигатели переменного тока далее классифицируются на асинхронные двигатели и синхронные двигатели.

Похожие сообщения:

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

Содержание

Что такое синхронный двигатель?

Синхронный двигатель — это двигатель переменного тока, ротор которого вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле. Магнитное поле статора вращается со скоростью, которая зависит от частоты питания, известной как синхронная скорость. Отсюда и название синхронный двигатель. Ротор синхронного двигателя синхронизирован с частотой подаваемого тока.

Когда два синхронных генератора работают параллельно, и первичный двигатель одного генератора остановлен. Генератор все еще будет работать, получая питание от линии генератора. Генератор подает полученную мощность из сети на свои потери. Когда к нему подключена механическая нагрузка, машина будет работать с постоянной скоростью. Когда машина работает и работает так, как указано выше, она называется синхронным двигателем.

В отличие от асинхронного двигателя, синхронный двигатель не зависит от индуктивного тока ротора, вместо этого ротор имеет либо постоянные магниты, либо обмотки возбуждения, которые питаются от внешнего источника. В асинхронном двигателе обмотки статора генерируют вращающееся магнитное поле (RMF), которое также индуцирует ток в роторе. В синхронном двигателе статор генерирует только RMF. Магнитное поле ротора магнитно сцепляется с вращающимся RMF и вращается с той же скоростью, известной как синхронная скорость.

Нажмите на изображение, чтобы увеличить

Полезно знать: Синхронный двигатель — это такая же машина, как генератор переменного тока или синхронный генератор. Например, синхронный двигатель может работать как синхронный генератор (генератор переменного тока) без изменения номинала и конструкции. например,

• Когда машина преобразует входную электрическую мощность в выходную механическую мощность, она называется синхронным двигателем.
• Когда одна и та же машина преобразует входную механическую энергию в выходную электрическую энергию, она называется синхронным генератором (альтернатором).

Синхронный двигатель конструктивно аналогичен генератору переменного тока. Он работает с постоянной скоростью, называемой синхронной скоростью, N _S . Это зависит от частоты питания и количества полюсов ротора. Синхронная скорость определяется как

N _S = 120 f ÷ p

Где

• N _S = синхронная скорость (об/мин)
• f = Частота тока питания
• p = количество полюсов

Количество полюсов зависит от конструкции двигателя и не может быть изменено во время работы. Следовательно, скорость синхронного двигателя зависит только от частоты сети.

Похожие сообщения:

• Электрический трансформатор – конструкция, работа, типы и применение
• Генератор переменного тока или синхронный генератор: конструкция, работа, типы и применение

Конструкция синхронных двигателей

Конструкция синхронного двигателя аналогична генератору переменного тока или синхронному генератору. он отличается от асинхронного или асинхронного двигателя конструкцией ротора.

Синхронный двигатель состоит из двух основных частей

• Статор
• Ротор

Статор

Статор является неподвижной частью двигателя. Как и в асинхронном двигателе, сердечник статора изготовлен из тонких ламинированных листов стали или чугуна с хорошими магнитными свойствами для уменьшения гистерезиса и потерь на вихревые токи. Сердечник имеет осевые пазы для удержания трехфазной обмотки возбуждения переменного статора, называемой обмоткой якоря.

На обмотку якоря статора подается 3-фазное питание через его входную клемму. Он отвечает за генерацию вращающегося магнитного поля (RMF).

Ротор

Ротор является вращающейся частью синхронного двигателя. Он имеет цилиндрическую форму и содержит обмотку возбуждения. Он отвечает за генерацию магнитного поля или полюсов. Он питается от токосъемных колец и щеточного узла от источника постоянного тока. Обычно для возбуждения используется небольшой генератор постоянного тока, соединенный с его валом.

Related Posts

• Уравнение крутящего момента асинхронного двигателя
• Потери в асинхронном двигателе – силовые каскады асинхронного двигателя

Ротор синхронного двигателя может быть выполнен одним из следующих способов.

Ротор с выступающими полюсами

Термин «явновыпуклый» означает «направленный наружу». Явнополюсный ротор имеет выступающие или выступающие полюса по направлению к обмотке якоря. Сердечник ротора изготовлен из многослойного стального листа для уменьшения гистерезиса и вихревых токов. Обмотки возбуждения намотаны вокруг каждого полюса.

Явнополюсный ротор имеет большое количество полюсов. Он не подходит для работы на высоких скоростях из-за больших потерь на ветер (при высокой скорости). Используется в низко- и среднескоростных синхронных двигателях. Физически он имеет большой диаметр и небольшую осевую длину.

Токосъемные кольца и щеточный узел используются для обеспечения электрического соединения между неподвижной цепью и вращающейся частью машины. Он используется для питания обмотки возбуждения от источника постоянного тока.

Неявнополюсный или цилиндрический ротор

Этот тип ротора имеет ротор цилиндрической формы, изготовленный из многослойной стали. Сердечник имеет пазы для обмоток возбуждения, которые фиксируются с помощью клиньев от вытягивания. При этом непрорезанная часть сердечника становится магнитными полюсами.

Имеет меньшее количество полюсов, меньший диаметр и большую осевую длину. Это дороже, чем явнополюсный ротор. Однако конструкция ротора способствует равномерному распределению потока, механической прочности, надежности и т. д. Поэтому такие синхронные двигатели используются для высоких скоростей.

Ротор с постоянными магнитами

В современных синхронных двигателях используется ротор с постоянными магнитами, на поверхности которого установлены постоянные магниты. Обмоток возбуждения нет. Эти магниты создают необходимое поле без источника возбуждения. Постоянный магнит изготовлен из неодима, бора и железа, поскольку они легко доступны и экономичны. Такой ротор не имеет токосъемного кольца или щеточного узла.

Недостатком ротора с постоянными магнитами является то, что двигатель не запускается самостоятельно из-за инерции ротора, он не может следовать быстро вращающемуся RMF сразу при запуске. Поэтому для его работы необходим VFD (преобразователь частоты).

Похожие сообщения:

• Почему мощность двигателя указывается в кВт, а не в кВА?
• Что такое КПД двигателя и как его повысить?

Принцип работы синхронного двигателя

Синхронный двигатель работает по принципу магнитной блокировки между RMF статора (вращающееся магнитное поле) и магнитным полем ротора. Как известно, противоположные полюса притягиваются друг к другу, поэтому полюса RMF притягивают противоположные полюса ротора, создавая вращательное движение.

Синхронный двигатель представляет собой машину с двойным возбуждением, т. е. для достижения синхронизма требуется питание переменным и постоянным током как для статора, так и для ротора. Трехфазный переменный ток подается на обмотки статора для создания RMF. Статор рассчитан на то же количество полюсов, что и ротор. Эти полюса вращаются со скоростью, синхронизированной с входной частотой f, которая называется синхронной скоростью. Он определяется как

N _S = 120 f / p

Питание постоянным током подается на обмотки ротора для создания постоянного магнитного поля. Поскольку источник постоянного тока обеспечивает постоянный ток, магнитное поле ротора не меняется. Магнитные полюса генерируются на противоположных концах ротора. Полюса ротора взаимодействуют с ЭДС статора и вращаются с той же скоростью, с которой он достигает синхронной скорости.

Если ротор вращается с той же скоростью, что и RMF статора, момент нагрузки отсутствует. Полюса ротора и статора совпадают друг с другом. Если приложена механическая нагрузка, ротор начинает колебаться относительно своего нового положения равновесия, это явление известно как « рыскание по ». Ротор отстает на несколько градусов от RMF статора и начинает развивать крутящий момент. По мере увеличения нагрузки угол между ними увеличивается до тех пор, пока поле ротора не отстанет от RMF на 90°. В этот момент двигатель обеспечивает максимально доступный крутящий момент, называемый Опрокидывающий момент . Если нагрузка превышает этот предел, двигатель глохнет.

Похожие сообщения:

• Эквивалентная схема асинхронного двигателя
• Характеристики момента-скольжения и момента-скорости асинхронного двигателя

Особенности синхронного двигателя

• Синхронный двигатель по своей природе не является самозапускающимся. Ротор необходимо любыми средствами довести до синхронной скорости, чтобы синхронизироваться с частотой сети.
• Его скорость зависит только от частоты входного питания. ЧРП используется для управления скоростью синхронного двигателя.
• Его скорость не зависит от нагрузки. Поэтому на синхронный двигатель не влияют никакие изменения нагрузки.
• Увеличение нагрузки увеличивает крутящий момент. Синхронный двигатель остановится, если крутящий момент превысит предельный крутящий момент.
• Синхронный двигатель либо работает с синхронной скоростью, либо не работает вообще.
• Синхронный двигатель может работать как с опережающим, так и с отстающим коэффициентом мощности. Поэтому они используются для улучшения коэффициента мощности в промышленности.

Методы пуска синхронных двигателей

Синхронный двигатель по своей природе не является самозапускающимся из-за инерции ротора. При подаче питания статор RMF мгновенно начинает вращаться с синхронной скоростью. Однако ротор не успевает. Для обеспечения необходимой скорости вращения ротора для синхронизации используются следующие способы.

Демпферная обмотка

Демпферная обмотка используется в явнополюсном роторе. Это короткозамкнутая обмотка, как в асинхронном двигателе. RMF индуцирует ток в этой обмотке и создает собственное магнитное поле, которое взаимодействует с RMF и создает необходимый пусковой момент. Когда ротор достигает скорости, близкой к синхронной, возбуждение постоянного тока подается на обмотку возбуждения ротора, и двигатель синхронизируется.

В этом методе двигатель сначала запускается как асинхронный с использованием демпферной обмотки. Эта обмотка также помогает гасить колебания из-за резких изменений нагрузки.

Метод пони-двигателя

Пони-двигатель — это небольшой асинхронный двигатель или шунтирующий двигатель постоянного тока, соединенный с валом синхронного двигателя. Это помогает в обеспечении необходимого пускового момента. Возбуждение постоянным током не применяется до тех пор, пока ротор не достигнет скорости, близкой к синхронной скорости. Ротор магнитно блокируется с помощью RMF, и подача питания на пони-мотор отключается.

Метод переменной частоты

ЧРП или частотно-регулируемый привод — это устройство, которое обеспечивает питание с регулируемой частотой. Как известно, синхронная скорость зависит от частоты питания. Изначально частота установлена ​​на минимум, чтобы уменьшить синхронную скорость. Скорость постепенно увеличивается до желаемого значения или нормальной скорости.

Related Posts:

• Типы электродвигателей – классификация двигателей переменного, постоянного тока и специальных двигателей
• Применение электродвигателей

Типы синхронных двигателей

Синхронные двигатели в основном подразделяются на две категории в зависимости от намагниченности ротора.

Двигатель постоянного тока с возбуждением

В таком синхронном двигателе источник постоянного тока используется для возбуждения его ротора через токосъемное кольцо. Ротор включает в себя обмотку возбуждения, которая намагничена для создания постоянного магнитного поля, взаимодействующего со статором RMF.

Двигатель без возбуждения

Ротор такого синхронного двигателя не требует внешнего возбуждения для создания магнитного поля. Вместо этого он сделан из материала, который генерирует собственное поле, например, в постоянном магните или с помощью поля статора. Кобальтовая сталь обычно используется из-за ее высокой сохраняемости (материал, сохраняющий магнитные свойства).

Электродвигатели без возбуждения могут быть дополнительно классифицированы по типам

• Синхронные электродвигатели с постоянными магнитами
• Синхронный двигатель с гистерезисом
• Реактивный синхронный двигатель

Синхронный двигатель с постоянными магнитами

Как следует из названия, ротор состоит из постоянного магнита, который создает постоянное магнитное поле. Обмоток, контактных колец и щеток нет. Поле ротора замыкается на RMF статора и вращается с синхронной скоростью. Так как они не самозапускающиеся и в роторе нет обмоток, требуется ЧРП для обеспечения плавного увеличения пусковой скорости.

Синхронный двигатель с гистерезисом

Ротор такого синхронного двигателя изготовлен из материала с высокими потерями на гистерезис, такого как хром и кобальтовая сталь. Это самозапускающийся однофазный двигатель, работающий на синхронной скорости. Он имеет две обмотки статора, то есть «основную обмотку» и «вспомогательную обмотку», для создания RMF статора. Цилиндрический ротор начинает вращаться за счет наведенного вихревого тока, таким образом, он запускается подобно асинхронному двигателю. Как только он достигает скорости, близкой к синхронной, RMF статора блокирует ротор в синхронизме.

Реактивный синхронный двигатель

Такой синхронный двигатель работает по принципу реактивного сопротивления. Под влиянием магнитного поля ферромагнитный материал будет двигаться, замыкая магнитную цепь там, где сопротивление минимально. Линии магнитного поля следуют по пути с низким сопротивлением, точно так же, как ток следует по пути с низким сопротивлением.

Таким образом, ротор с короткозамкнутым ротором используется с некоторыми удаленными зубьями, чтобы сформировать выступающий полюс, а также путь с меньшим сопротивлением. Статор подобен гистерезисному двигателю, имеющему основную и вспомогательную обмотки для создания RMF. При запуске ротор пытается выровняться с RMF и начинает вращаться в его направлении. Но из-за инерции ротора RMF проходит положение выравнивания и повторяет попытку во время следующего оборота. Таким образом, скорость постепенно увеличивается и в конечном итоге достигает синхронной скорости и магнитно блокируется с RMF.

Related Posts:

• Уравнение мощности, напряжения и ЭДС двигателя постоянного тока
• Формулы и уравнения в области электротехники и электроники

Преимущества и Недостатки синхронного двигателя

Преимущества

Вот некоторые преимущества синхронного двигателя при любом изменении нагрузки.

Недостатки

Ниже приведены некоторые недостатки синхронного двигателя

• Синхронные двигатели по своей природе не являются самозапускающимися и требуют других средств для обеспечения почти синхронной пусковой скорости.
• Он останавливается, если нагрузка превышает предельно допустимое значение.
• Требуется внешний источник постоянного тока для возбуждения поля ротора
• Его скорость не может быть изменена, если преобразователь частоты VFD не используется для очень его частоты питания.
• В синхронном двигателе происходит биение при внезапном приложении нагрузки.
• Требует частого обслуживания из-за токосъемных колец и щеток.
• Синхронные двигатели, как правило, сложнее и дороже, чем асинхронные двигатели.

Применение синхронного двигателя

Вот несколько вариантов применения синхронного двигателя.

Применение с постоянной скоростью: Они обычно используются в приложениях с постоянной скоростью, когда скорость не изменяется при увеличении нагрузки. Тем не менее, VFD можно использовать для регулировки скорости в соответствии с требованиями.

Коррекция коэффициента мощности: Путем изменения возбуждения синхронного двигателя можно изменять коэффициент мощности электрической цепи. Такой синхронный двигатель, который специально используется для улучшения коэффициента мощности, называется синхронным конденсатором.

Преобразователь частоты: Синхронный двигатель используется для питания генератора переменного тока или синхронного генератора с другой частотой. Такой синхронный двигатель известен как преобразователь частоты.

Регулирование напряжения: Синхронный двигатель может действовать как переменный конденсатор или индуктор, изменяя его возбуждение. Он используется для регулирования напряжения путем управления реактивной мощностью в длинной линии электропередачи.

Очень низкоскоростные приложения: Синхронный двигатель с очень низкой частотой может использоваться для очень низкоскоростных приложений с высоким КПД.

Позиционирование: Благодаря постоянной скорости они используются для точного позиционирования в робототехнике, как и серводвигатели.

Общие области применения: Синхронные двигатели широко используются там, где требуется постоянная скорость. Кроме того, такие двигатели используются в дробилках, пульподробилках, камнедробилках, шаровых мельницах, сталелитейных заводах, металлопрокатных заводах, цементных заводах, резиновых и текстильных заводах, центробежных насосах, воздушных компрессорах, вентиляторах, воздуходувках, линейных валах, токарных станках.