Разлика между синхронен и асинхронен двигател. Сравнение на синхронни и асинхронни двигатели

В тази статия ще разгледаме фундаменталните разлики между синхронните и асинхронните електродвигатели, за да може всеки, който чете тези редове, ясно да разбере тези разлики.

По-широко използвани днес, обаче, в някои ситуации синхронните двигатели се оказват по-подходящи, по-ефективни за решаване на специфични индустриални и производствени проблеми, това ще бъде обсъдено по-долу.

Първо, нека си припомним какво е електрически мотор. е електрическа машина, предназначена да преобразува електрическата енергия в механична енергия на въртене на ротора и служи като задвижване на някакъв механизъм, например за задвижване на кран или помпа.

Още в училище на всички беше казано и показано как два магнита се отблъскват с еднакви полюси и за разлика от полюсите се привличат. това. Но има и променливи магнити. Всеки си спомня рисунката с проводяща рамка, разположена между полюсите на подкова постоянен магнит.

Хоризонтално разположена рамка, ако през нея премине постоянен ток, ще започне да се върти в магнитното поле на постоянен магнит под действието на двойка сили (), докато се постигне равновесие във вертикално положение.

Ако след това прекарате постоянен ток в обратна посока през рамката, рамката ще се завърти още повече. В резултат на това променливо захранване на рамката с постоянен ток, първо в едната посока, след това в другата, се постига непрекъснато въртене на рамката. Рамката тук е аналог на променлив магнит.

Даденият пример с въртяща се рамка в най-простата формадемонстрира принципа на работа на синхронен електродвигател. Всеки синхронен електродвигател има възбуждащи намотки на ротора, които се захранват с постоянен ток, който формира магнитното поле на ротора. Статорът на синхронния електродвигател съдържа статорна намотка, която трябва да се образува магнитно полестатор.

Когато към намотката на статора се подава променлив ток, роторът ще се върти с честота, съответстваща на честотата на тока в намотката на статора. Честотата на въртене на ротора ще бъде синхронна с честотата на тока на намотката на статора, поради което такъв електродвигател се нарича синхронен. Магнитното поле на ротора се създава от тока, а не се индуцира от полето на статора, така че синхронният двигател е в състояние да поддържа синхронни номинални скорости независимо от мощността на натоварване, разбира се, в разумни граници.

А синхронен електродвигателна свой ред се различава от синхронния. Ако си спомняте чертежа в рамката и рамката е просто късо съединение, тогава, когато магнитът се върти около рамката, токът, индуциран в рамката, ще създаде магнитно поле на рамката и рамката ще се опита да навакса с магнита.

Честотата на въртене на рамката при механично натоварване винаги ще бъде по-малка от скоростта на въртене на магнита и следователно честотата няма да бъде синхронна. Този прост пример демонстрира принципа на работа асинхронен електродвигател.

В асинхронен електродвигател въртящото се магнитно поле се формира от променливия ток на статорната намотка, разположена в неговите процепи. Роторът на типичния асинхронен двигател няма намотки като такива, а вместо това съдържа късо свързани пръти (ротор с катерица), който се нарича ротор с катерица. Има и асинхронни двигатели с навит ротор, където роторът съдържа намотки, съпротивлението и токът в които могат да се регулират с реостат.

И така, какъв е смисълът? фундаментална разликаасинхронен електродвигател от синхронен? На външен вид си приличат, понякога дори специалист не може да направи разликата външни признацисинхронен електродвигател от асинхронен. Основната разлика е в дизайна на роторите. Роторът на асинхронния електродвигател не се захранва от ток, а полюсите върху него се индуцират от магнитното поле на статора.

Роторът на синхронния двигател има възбудителна намотка с независимо захранване. Статорите на синхронен и асинхронен двигател са проектирани по същия начин, функцията във всеки случай е една и съща - създаване на въртящо се магнитно поле на статора.

Оборотите на асинхронен двигател под товар винаги изостават от въртенето на магнитното поле на статора с количеството на приплъзване, докато оборотите на синхронен двигател са равни по честота на "оборотите" на магнитното поле на статора, следователно, ако оборотите трябва да са постоянни при различни натоварвания, за предпочитане е да изберете синхронен двигател, например в Когато задвижвате гилотинни ножици, мощният синхронен двигател най-добре ще се справи със задачата си.

Обхват на приложение асинхронни двигателиднес е много широк. Това са всякакви машини, конвейери, вентилатори, помпи - всички съоръжения, при които натоварването е относително стабилно или намаляването на скоростта при натоварване не е критично за работния процес.

Някои компресори и помпи изискват постоянна скорост на въртене при всякакво натоварване; на такова оборудване са инсталирани синхронни електродвигатели.

Синхронните двигатели са по-скъпи за производство от асинхронните, така че ако имате избор и лекото намаляване на скоростта при натоварване не е критично, купете асинхронен двигател.

Синхронните електродвигатели се използват широко в електрически задвижвания, които не изискват регулиране на скоростта. В сравнение с асинхронните двигатели те имат редица предимства:

по-висока ефективност;

възможността за производство на двигатели с ниски скорости на въртене, което премахва необходимостта от междинни предавки между двигателя и работната машина;

скоростта на двигателя не зависи от натоварването на неговия вал;

Възможност за използване като устройства за компенсиране на реактивна мощност.

Синхронните електродвигатели могат да бъдат консуматори и генератори. Характерът и стойността на реактивната мощност на синхронния двигател зависят от големината на тока в намотката на възбуждането. Зависимостта на тока в намотката, която доставя напрежение към електрическата мрежа от тока на възбуждане, се нарича U-образна характеристикасинхронен двигател. При 100% натоварване на вала на двигателя той е равен на 1. В този случай електродвигателят не консумира реактивна мощност от електрическата мрежа. Токът в намотката на статора има минимална стойност.

Роторът се движи „сам“. Първоначално в него няма магнитно поле, към него не се прилага електрическо напрежение. Дори не е нужно да е от желязо, магнитен метал. Е, ето, просто трябва да свържете трифазно напрежение към двигателя и роторът ще се завърти. Без никакво бутане. Но по мой си начин.

Два вида AC двигатели

Асинхронни двигатели - наивна простотия

Роторът или настига вълната, или леко изостава, защото просто не може да работи синхронно с нея. Това явление беше наречено „плъзгане“; след като се изравни с движещото се магнитно поле, роторът на катерица губи магнитна индукция и след това просто се плъзга по инерция за известно време. И когато триенето или натоварването го принуди да изостане от бягащото поле, той отново ще „почувства“ в себе си промените в силовите линии на изпреварващото го поле и отново ще придобие индукция, а в същото време и сила за движение.

Тоест, роторът леко се подхлъзва: или настига магнитното поле, което се движи равномерно в кръг, след това „забравя защо е работил“ и леко изостава, след това отново „се опомня“ и отново се опитва да хване нагоре. Постепенно тези отклонения се стабилизират - в зависимост от триенето в лагерите и големината на натоварването на вала - и асинхронният двигател започва да работи просто при скорост на въртене, малко по-ниска от честотата на напрежението на статора. Тази честотна разлика се нарича честота на приплъзване.

Синхронни двигатели: сложно в просто

За да може роторът да бъде твърдо свързан с движещата се вълна на магнитното поле на намотките на статора, е изобретен синхронен електродвигател. И проблемът се решава лесно. В ротора, вместо променящо се магнитно поле от късо съединение на катерица, трябва да използвате постоянни магнити и тяхното магнитно поле.

Вариантите са два. Или това е полето от постоянен магнит, фиксиран в ротора, или това е полето от електромагнити, монтирани в ротора вместо такъв магнит.

Обикновеният магнит, разбира се, е по-прост. Но тогава, за стандартното функциониране на такива електродвигатели, е необходимо всички те - а се използват хиляди електродвигатели - да имат строго еднакви магнити. В противен случай параметрите на движение ще бъдат различни и магнитите все още са склонни да се демагнетизират.

Електромагнитът, инсталиран в ротора на двигателя, е по-лесен за създаване на поле с необходимото качество, но за неговата работа е необходим електрически ток. Този ток, който се нарича ток на възбуждане, от своя страна трябва да бъде отведен някъде и някак си доставен към ротора.

1 – ротор,
2 – възбуждащ колектор

Това е мястото, където идва част от многообразието в конструкциите на синхронни двигатели. Но най-важното е, че синхронните двигатели въртят вала си строго синхронно с честотата на полето на статорните намотки, движещи се в кръг, тоест тяхната скорост на въртене е точно равна на - или кратно (ако има повече от три статора намотки) - честотата на променливия ток в захранващата мрежа.

Въпреки това, наред с други неща, синхронният двигател има свойството да бъде напълно обратим. Тъй като синхронният електродвигател е същият генератор електрически ток, но работещ „в обратна страна" В генератора определена механична сила завърта вала с ротора и това предизвиква индуциран ток в намотките на статора. електрическо напрежениеот въртящото се магнитно поле на ротора. Разликата между синхронния двигател и генератора е, че напрежението в бобините на статора генерира магнитно поле, движещо се в кръг, което, взаимодействайки с постоянното магнитно поле на ротора, го избутва така, че роторът също да се върти.

Само ако в генератора на въртенето на ротора може механично да се даде всякаква скорост и това ще промени честотата на генерирания от него променлив ток, то в синхронния двигател няма такъв лукс. Синхронният двигател се върти със скоростта на промяна на напрежението в мрежата, а в нашия случай се поддържа стриктно на 50 херца.

Разлики и недостатъци на тези двигатели

Разликите между синхронните и асинхронните двигатели са ясни от техните имена. Всъщност и двата варианта на дизайн имат предимства. По-долу са изброени предимствата, които отличават двата двигателя - синхронен и асинхронен.

Асинхронният двигател се различава от синхронния двигател по следните параметри:

• простота на дизайна и ниска цена;
• без плъзгащи се контакти, надеждна работа;
• напрежението се прилага към стационарните намотки на статора;
• роторът е много прост в дизайна;
• при стартиране и ускорение постепенно увеличава мощността;
• способността за обръщане на посоката на въртене чрез просто размяна на две захранващи фази;
• когато движението спре (твърде голямо механично натоварване на вала на ротора), не се случва инцидент, клетката на катериците може да прегрее.

Разликите между синхронен двигател и асинхронен двигател са следните:

• стабилна скорост на въртене независимо от натоварването на вала;
• ниска чувствителност към промени в напрежението в мрежата;
• когато механичното натоварване е намалено, той може да работи като генератор по инерция, като не отнема енергия, а я освобождава в мрежата;
• висока ефективност;
• способни да компенсират реактивната мощност на мрежата.

Но всеки има и своите недостатъци.

Асинхронът има следните отрицателни характеристики:

• трудност при регулиране на скоростта на въртене;
• ниска скорост на въртене;
• зависимост на изоставането на скоростта на въртене от натоварването на оста;
• По време на работа роторът се нагрява поради токове на късо съединение - необходимо е допълнително охлаждане.

Недостатъци на синхронния двигател:

• по-сложен дизайн;
• някои конструкции използват комутатор за провеждане на възбуждащ ток в намотките на ротора, както при двигател DC;
• по-труден за стартиране.

Въпреки разликите и двете електрически двигателса намерили приложение в технологиите и се използват в голямо разнообразие от дизайни и размери.

Електрическите двигатели биват два основни вида - синхронни и асинхронни. Какво представляват и двамата?

Какво е синхронен двигател?

ДО синхроненОбичайно е да се говори за електрически двигатели, които работят променлив токи имат ротор с честота на въртене, която съответства на честотата на въртене на магнитното поле в конструкцията на устройството.

Основни елементи на синхронен електродвигател:

1. котва;
2. индуктор.

Първият елемент на блока е разположен на статора. Индукторът е поставен върху ротора, който е отделен от статора с въздушна междина. Структурата на котвата е представена от намотка (една или повече). Токовете, които се подават към съответния двигателен елемент, образуват магнитно поле, което се върти с дадена честота и взаимодейства с полето на индуктора. Индукторът включва 2 полюса - под формата на постоянни магнити.

Синхронният блок може да работи в два режима:

• като самия електродвигател;
• като генератор.

Първият режим на работа включва взаимодействието на магнитното поле, образувано в арматурата, и полето, което се образува в полюсите на индуктора. Синхронен двигател в генераторен режим работи поради електромагнитна индукция: по време на въртенето на ротора, магнитното поле, което се образува върху намотката, взаимодейства на свой ред с фазите на намотката на статора, което води до образуването на електродвижеща сила.

Какво е асинхронен електродвигател?

ДО асинхроненОбичайно е да се говори за електродвигатели, при които скоростта на въртене на един от ключовите елементи - ротора - не съвпада с честотата на въртене на магнитното поле, образувано от тока, който възниква върху намотката на статора. Асинхронните единици понякога се наричат ​​индукционни единици. Това се дължи на факта, че ток се индуцира в намотката на ротора, когато е изложен на магнитното поле на статора.

Конструкцията на асинхронен електродвигател съдържа статор и ротор, които са разделени от въздушна междина. Основен активни елементиединица:

• навиване;
• магнитна верига

Допълнителните компоненти играят важна роля в работата на асинхронен двигател. структурни елементи, които осигуряват здравина, охлаждане и стабилност на уреда.

Сравнение

Основната разлика между синхронен двигател и асинхронен е връзката между скоростта на ротора и магнитното поле. При първия тип единица и двата индикатора са еднакви. В асинхронна машина - различно.

Може да се отбележи, че електродвигателите от втория тип обикновено са по-често срещани от първия. В същото време асинхронните агрегати най-често се представят в разнообразие, в което е монтиран ротор с катерица. Тези устройства имат номер най-важните предимствапред електродвигатели от други категории. а именно:

1. простота на дизайна, надеждност;
2. относително ниска цена на производство и експлоатация;
3. възможност за работа с помощта на съществуващи мрежови ресурси без свързване на преобразуватели.

В същото време асинхронните машини с ротор с катерица имат и редица недостатъци. а именно:

• наличие на нисък стартов момент;
• наличието на голям стартов ток;
• намален фактор на мощността;
• ниска управляемост по отношение на регулирането на скоростта;
• пристрастяване максимална скоростна честотата на електрическата мрежа;
• електромагнитен момент в a синхронни двигателиРазглежданият тип се характеризира със силна чувствителност към намаляване на мрежовото напрежение.

От своя страна синхронните агрегати също имат безспорни предимства. Те включват:

• относително ниска чувствителност към промени в напрежението в мрежата;
• стабилност на въртене, независимо от натоварването на ротора.

Синхронните двигатели също имат недостатъци:

• относителна сложност на дизайна;
• затруднено стартиране на ротора.

Отбелязаните характеристики на работата на синхронни и асинхронни блокове правят оптимално използването на първите, ако необходимата мощност на двигателя в системата (например като част от инфраструктурата на фабричната линия) трябва да бъде около 100 kW или повече. В други случаи използването на асинхронни машини като правило става по-предпочитано.

След като разгледахме разликата между синхронен и асинхронен двигател, ще отразим заключенията в таблицата.

Електрическите двигатели могат да бъдат разделени на две основни категории - синхронни и асинхронни (асинхронни) двигатели. Тези два вида са доста различни един от друг. Разликата се вижда вече в самите имена. Можете да различите единиците по броя на оборотите, щампован на табелката (ако типът на двигателя не е посочен там, има незакръглено число (например 950 об./мин.), а синхронният двигател има закръглено число (); 1000 оборота в минута).

Има и други важни разлики, в тази статия ще разгледаме най-значимите от тях: дизайн, производителност и цена.

Всеки двигател се състои от два елемента: неподвижен и въртящ се. Статорът има аксиални прорези - жлебове, на дъното на които са положени тоководещи медни или алуминиеви проводници. Електрическият двигател има ротор с възбудителна намотка, закрепена към вала.

Основната разлика между синхронните и асинхронните двигатели са роторите или по-точно тяхната конструкция.

При синхронните модели при ниски мощности те са постоянни магнити.

Променливото напрежение се подава към намотката на статора, роторът е свързан към постоянен източник на енергия. Постоянният ток, преминаващ през възбуждащата намотка, индуцира магнитно поле в статора. Въртящият момент се създава поради ъгъла на закъснение между полетата. Роторът има същата скорост като магнитното поле на статора.

Агрегатите се използват на практика както като генератори, така и като двигатели.

Асинхронните модели са сравнително евтини двигатели, които се използват често и навсякъде. Те са по-лесни за градивно, въпреки факта, че стационарните части на всички двигатели са по принцип подобни.

През намотката на статора преминава променлив електрически ток, който взаимодейства с намотката на ротора. Двете полета се въртят с еднаква скорост в една и съща посока, но не могат да бъдат равни, в противен случай индуцираната едс и особено въртящият момент няма да бъдат създадени. Това води до възникване на индуциран ток в намотката на ротора, чиято посока, според правилото на Ленц, е такава, че се стреми да се противопостави на причината за неговото производство, т.е. скоростта на плъзгане.

Скоростта на въртене на ротора не съвпада със скоростта на магнитното поле; Така роторът се опитва да догони скоростта на въртящото се магнитно поле и да намали относителната скорост.

Основни предимства и недостатъци

1. Асинхронните модули не изискват допълнителен източник на захранване. Синхронните изискват допълнителен източник на постоянен ток за подаване на напрежение към намотките.
2. Синхронизаторите имат относително ниска чувствителност към промени в мрежовото напрежение и стабилност на въртене, независимо от натоварването.
3. Индукционните двигатели не изискват контактни пръстени, с изключение на двигателите с навит ротор, които ги имат за плавен стартили контрол на скоростта. Синхронните двигатели имат повече уязвимости, тъй като се използват хлъзгащи пръстенис четки. Следователно частите се износват по-бързо и контактът между тях отслабва.
4. Синхронизаторите се нуждаят от спомагателни тригери, тъй като нямат функция за самостартиране. За асинхронни електродвигатели, които имат собствени пускови моменти, такъв механизъм не е необходим.

Коя единица е по-добра

В заключение трябва да се отбележи, че е невъзможно да се каже, че един двигател е по-добър от друг. Въпреки това, асинхронните модели са по-надеждни при работа и са по-прости в дизайна. Ако единиците не са претоварени, тогава те дългосрочен плануслуга, потребителят може да остане доволен.

Въз основа на различни параметри. Според една от тях се прави разлика между синхронен и асинхронен двигател. Разлики между устройствата общи характеристикии принципът на работа са описани в статията.

Синхронен двигател

Този тип двигател може да работи както като генератор, така и като двигател. Структурата му е подобна Характерна особеностдвигател е непроменливата скорост на ротора в зависимост от натоварването.

Тези видове двигатели се използват широко в много области, като например електрически проводници, които изискват постоянна скорост.

Принцип на работа на синхронен двигател

Работата му се основава на взаимодействието на въртящото се магнитно поле на арматурата и магнитните полета на полюсите на индуктора. Обикновено арматурата е разположена в статора, а индукторът е разположен в ротора. За мощни двигателиЗа полюсите се използват електрически магнити, а за слабите постоянни магнити.

Предимства и недостатъци

Основните недостатъци на този тип двигател са:

• необходимостта от захранване на намотката с постоянен ток;
• трудност при стартиране;
• плъзгащ контакт.

Повечето генератори, където и да се използват, са синхронни. Предимствата на такива двигатели като цяло са:

• най-висока надеждност;
• най-голям ;
• лекота на поддръжка.

Асинхронен двигател

Този тип устройство е механизъм, насочен към трансформиране на електрическа енергия в механична енергия. От самото наименование „асинхронен“ можем да заключим, че говорим за неедновременен процес. Наистина честотата на въртене на магнитното поле на статора тук винаги е по-висока от тази на ротора.
Такова устройство се състои от цилиндричен статор и ротор, в зависимост от вида на който асинхронните двигатели с катерица могат да имат и ротор с фазова намотка.

Принцип на действие

Работата на двигателя се осъществява въз основа на взаимодействието на магнитното поле на статора и токовете, индуцирани от същото поле в ротора. Въртящият момент се появява, когато има разлика в честотата на въртене на полетата.

Нека сега обобщим как се различава от асинхронния. Какво обяснява широкото използване на един тип и ограниченото използване на друг?

Синхронен и асинхронен двигател: разлики

Разликата между това как работят двигателите е в ротора. При синхронния тип се състои от постоянен или електрически магнит. Поради привличането на различни полюси, въртящото се поле на статора привлича и магнитния ротор. Скоростта им е еднаква. Оттам и името - синхронен.

В него, за разлика от асинхронния, е възможно да се постигне дори фазово изпреварване на напрежението. След това устройството, подобно на кондензаторните банки, може да се използва за увеличаване на мощността.

Асинхронните двигатели от своя страна са прости и надеждни, но техният недостатък е трудността при регулиране на скоростта на въртене. За да обърнете трифазен асинхронен двигател (т.е. да промените посоката на въртене в обратна посока), местоположението на две фази или два линейни проводника, приближаващи се към намотката на статора, се променя.

Ако вземем предвид скоростта на въртене, тогава има разлики между синхронните и асинхронните двигатели. При синхронния тип този показател е постоянен, за разлика от асинхронния. Следователно, първият се използва, когато постоянна скорост и пълна управляемостнапример в помпи, вентилатори и компресори.

Много е лесно да се открие наличието на въпросните видове устройства на конкретно устройство. Асинхронният двигател ще има некръгъл брой обороти (например деветстотин и тридесет в минута), докато синхронният двигател ще има кръгло число (например хиляда оборота в минута).

И двата мотора са доста трудни за управление. Синхронният тип има твърда механична характеристика: за всяко променящо се натоварване на вала на двигателя скоростта на въртене ще бъде същата. В този случай натоварването, разбира се, трябва да се промени, като се има предвид, че двигателят може да го издържи, в противен случай това ще доведе до повреда на механизма.

Ето как работи синхронен и асинхронен двигател. Разликите между двата типа определят обхвата на тяхното използване; когато единият тип се справя оптимално със задачата, за другия това ще бъде проблематично. В същото време можете да намерите и комбинирани механизми.