Asynchronní a synchronní elektromotory. Princip činnosti

Třífázové asynchronní motory tvoří základ moderních elektrických pohonů. Od DPT se odlišují jednoduchostí konstrukce, spolehlivostí a vysokými technickými a ekonomickými ukazateli. V současné době frekvenční měniče umožnily zlepšit regulační vlastnosti IM než DPT s NV.

Podle konstrukce rotoru se IM dělí na motory s rotorem nakrátko (SCR) a motory s vinutým rotorem (FR). Většina jednoduchý design v AD ​​s KZR. Rotor takového motoru nemá vodiče, protože jeho vinutí je vyrobeno ve formě klece nakrátko (klece nakrátko). Jeho vinutí je provedeno ve formě řady měděných nebo hliníkových tyčí umístěných po obvodu jádra rotoru, uzavřených na obou stranách zkratovacími kroužky. Poskytuje je jednoduchost designu vysoká spolehlivost, snadná údržba a nízké náklady. Schéma zapnutí HELL SS KZR je na obr. 4.1, a.

Fázový rotor má třífázové vinutí, vyrobené jako statorové vinutí (obr. 4.1, b). Některé konce cívek jsou připojeny k nulovému bodu („hvězda“) a další konce jsou připojeny ke sběracím kroužkům. Na kroužky jsou umístěny kartáče, které vytvářejí kluzný kontakt s vinutím rotoru. U této konstrukce je možné k vinutí rotoru připojit spouštěcí nebo nastavovací reostat, který umožňuje měnit elektrický odpor v obvodu rotoru. Takové motory jsou výrobně a provozně složitější, proto se používají pouze tam, kde použití motorů s mechanismem ochrany proti zkratu nebude splňovat požadavky na pohon mechanismu.

Rotor IM zaostává za rotujícím magnetické pole stator, který je tvořen vinutím statoru, to znamená, že rotace probíhá asynchronně. Za těchto podmínek indukuje rotující pole statoru EMF ve vinutí rotoru, pod jehož vlivem protéká rotorem proud, který interaguje s rotujícím magnetickým polem (ROF) a vytváří točivý moment motoru. V provozních režimech není rozdíl v rychlostech otáčení statoru a rotoru velký a činí několik procent. Při zvažování pracovních procesů AD se obvykle používá koncept klouzání.

Rychlost indukčního motoru v provozních režimech

kde je frekvence synchronního otáčení magnetického pole; – frekvence napájecího napětí; – počet párů pólů.

Stator synchronního motoru (SM) se konstrukčně neliší od statoru IM. Rotor LED má vyčnívající pólové provedení, na jehož pólech je umístěno budicí vinutí. Když zapnete vinutí ke zdroji stejnosměrný proud V motoru se vytváří dodatečné magnetické pole. Pro provoz synchronního motoru je tedy kromě 3fázového střídavého napětí zapotřebí také konstantní napětí. Výjimkou jsou motory buzené permanentními magnety. Takové motory mají absolutně tuhou mechanickou charakteristiku: rotor motoru se otáčí synchronně s rotujícím magnetickým polem o frekvenci .

Na rozdíl od IM nevytvářejí synchronní rozběhový moment, protože rotor motoru v důsledku setrvačnosti nemůže okamžitě akcelerovat na synchronní otáčky. Pro rozběh LED je nutné nejprve roztočit na otáčky blízké synchronním ( . K tomuto účelu se používá asynchronní rozběh, ke kterému je na rotoru motoru umístěno rozběhové vinutí, které je konstrukčně podobné kleci nakrátko.

Proces asynchronního spouštění SD probíhá následovně (obr. 4.2).

Když je statorové vinutí připojeno k síti, SD se spustí jako asynchronní. V tomto případě je budicí vinutí uzavřeno na odpor, aby se omezila velikost EMF, která se indukuje v OB při spouštění motoru. Když se rychlost otáčení blíží jmenovité rychlosti, je připojeno budicí vinutí konstantní napětí a motor je tažen do synchronizace, to znamená, že rychlost otáčení motoru se rovná synchronní rychlosti.

Synchronní motory jsou vyráběny v vysoký výkon: od stovek do tisíců kilowattů. To je vysvětleno tím, že při nižších kapacitách je jejich využití nevhodné z hlediska technicko-ekonomických ukazatelů.

SD mají obvykle specifický účel, to znamená, že každá řada je určena pro specifické mechanismy (pro kulové mlýny - SDMZ, pro pohon kompresorů - SDK, pro pohon čerpadel - VDS atd.).

Synchronní motory mají přetížitelnost .

Další vlastností SD je schopnost pracovat s hodnotou, navíc při přebuzení začne synchronní motor generovat kapacitní zátěž. Pro zvětšení sítě se používají synchronní kompenzátory, což jsou přebuzené LED speciální konstrukce, které pracují bez zatížení hřídele.

Činnost jakéhokoli elektromotoru je založena na principu elektromagnetické indukce. Elektromotor se skládá ze stacionární části - statoru (u asynchronních a synchronních střídavých motorů) nebo induktoru (u stejnosměrných motorů) a pohyblivé části - rotoru (u asynchronních a synchronních střídavých motorů) nebo kotvy (u stejnosměrných motorů) . Jako induktor zapnutý motory s nízkým výkonem Stejnosměrný proud často používá permanentní magnety.

Všechny motory, zhruba řečeno, lze rozdělit do dvou typů:
DC motory
AC motory (asynchronní a synchronní)

DC motory

Podle některých názorů tento motor Může být také nazýván samosynchronizačním stejnosměrným synchronním strojem. Jednoduchý motor, který je stejnosměrným strojem, se skládá z permanentního magnetu na induktoru (statoru), 1 elektromagnetu s výraznými póly na kotvě (dvouhrotová kotva s výraznými póly a jedním vinutím), sestavy kartáč-kolektor se 2 deskami (lamelami) ) a 2 kartáči.
Jednoduchý motor má 2 polohy rotoru (2 „mrtvé středy“), ze kterých není samostartování možné, a nerovnoměrný točivý moment. K prvnímu přiblížení je magnetické pole statorových pólů rovnoměrné (stejnoměrné).

Tyto motory s jednotkou kartáčového komutátoru jsou:

Kolektor - elektrické zařízení, ve kterém snímač polohy rotoru a proudový spínač ve vinutí jsou stejným zařízením - sestavou kartáč-kolektor.

Bezkartáčový- uzavřený elektromechanický systém sestávající ze synchronního zařízení se sinusovým rozložením magnetického pole v mezeře, snímače polohy rotoru, převodníku souřadnic a výkonového zesilovače. Dražší varianta ve srovnání s kartáčovanými motory.

AC motory

Podle druhu provozu se tyto motory dělí na synchronní a asynchronní motory. Zásadní rozdíl je v tom, že v synchronní stroje 1. harmonická magnetomotorické síly statoru se pohybuje s rychlostí otáčení rotoru (proto se samotný rotor otáčí rychlostí otáčení magnetického pole ve statoru) a u asynchronních je a zůstává rozdíl mezi rychlost rotace rotoru a rychlost rotace magnetického pole ve statoru (pole rotuje rychleji rotor).

Synchronní- střídavý motor, jehož rotor se otáčí synchronně s magnetickým polem napájecího napětí. Tyto motory se tradičně používají s obrovským výkonem (stovky kilowattů a více).
Existují synchronní motory s diskrétním úhlovým pohybem rotoru − krokové motory. V nich je tato poloha rotoru fixována napájením odpovídajících vinutí. Přechod do jiné polohy se provádí odstraněním napájecího napětí z některých vinutí a jeho převedením na jiná vinutí motoru.
Dalším typem synchronního motoru je spínaný reluktanční motor, jehož napájení vinutí je tvořeno pomocí polovodičových prvků.

Asynchronní- střídavý motor, u kterého se otáčky rotoru liší od frekvence torzního magnetického pole vytvářeného napájecím napětím, druhý název pro asynchronní stroje je indukční kvůli tomu, že proud ve vinutí rotoru je indukován točivým polem statoru. Asynchronní stroje dnes tvoří obrovskou část elektrických strojů. Používají se hlavně ve formě elektromotorů a jsou považovány za klíčové měniče elektrické energie na mechanickou energii a používají se hlavně asynchronní motory s rotorem nakrátko.

Podle počtu fází jsou motory:

• jednofázový
• dvoufázový
• třífázový

Nejoblíbenější a nejžádanější motory, které se používají ve výrobě a domácnostech:

Jednofázový asynchronní motor s kotvou nakrátko

Jednofázový asynchronní motor má na statoru pouze 1 pracovní vinutí, do kterého je při provozu motoru přiváděn střídavý proud. I když ke spouštění motoru je na jeho statoru také pomocné vinutí, které je krátkodobě připojeno k síti přes kondenzátor nebo indukčnost, nebo je zkratováno spouštěcími kontakty spínače. To je nutné pro vytvoření počátečního fázového posunu, aby se rotor začal otáčet, jinak by pulzující magnetické pole statoru nepohnulo rotorem z jeho místa.

Rotor takového motoru, stejně jako jakýkoli jiný asynchronní motor s rotorem nakrátko, je válcové jádro s drážkami vyplněnými hliníkem, s bezprostředně odlitými ventilačními lopatkami.
Takový rotor se nazývá rotor s klecí nakrátko. Jednofázové motory se používají v zařízeních s nízkým výkonem, včetně pokojových ventilátorů nebo malých čerpadel.

Dvoufázový asynchronní motor s kotvou nakrátko

Dvoufázové asynchronní motory jsou účinnější při provozu z jednofázové sítě střídavého proudu. Obsahují dvě pracovní vinutí na statoru, umístěná kolmo, přičemž jedno z vinutí je připojeno na střídavou síť přímo a druhé přes kondenzátor s fázovým posunem, takže vychází točivé magnetické pole, ale bez kondenzátoru by rotor nehýbat.

Tyto motory mají mimo jiné rotor nakrátko a jejich použití je ještě širší než u jednofázových. Už existuje pračky a různé stroje. Dvoufázové motory pro napájení z jednofázových sítí se nazývají kondenzátorové motory, protože za jejich nezbytnou součást je často považován kondenzátor s fázovým posunem.

Třífázový asynchronní motor s kotvou nakrátko

Třífázový asynchronní motor má na statoru tři pracovní vinutí, posunutá vůči sobě tak, že při zapojení do třífázové sítě jsou jejich magnetická pole posunuta v prostoru vůči sobě o 120 stupňů. Při zapnutí třífázový motor do třífázové sítě střídavého proudu se objeví rotující magnetické pole, které způsobí pohyb rotoru veverky.

Vinutí statoru třífázového motoru lze zapojit do obvodu „hvězda“ nebo „trojúhelník“, zatímco pro napájení motoru podle obvodu „hvězda“ bude zapotřebí vyšší napětí než pro obvod „trojúhelník“. na motoru, proto jsou indikována 2 napětí, např.: 127/220 nebo 220/380. Třífázové motory jsou nepostradatelné pro pohon různých strojů, navijáků, kotoučových pil, jeřábů atd.

Třífázový asynchronní motor s vinutým rotorem

Třífázový asynchronní motor s fázovým rotorem má stator podobný výše popsaným typům motorů, ve štěrbinách uložený vrstvený magnetický obvod se 3 vinutími, ale fázový rotor není vyplněn duralovými tyčemi, ale skutečným tří- fázové vinutí je již položeno do „hvězdového“ zapojení. Konce vinuté hvězdy rotorového vinutí jsou vyvedeny na tři kontaktní kroužky namontované na hřídeli rotoru a elektricky od ní oddělené.

Pomocí kartáčků je na kroužky mimo jiné přiváděno třífázové střídavé napětí a spínání lze provádět buď přímo, nebo přes reostaty. Motory s vinutým rotorem jsou samozřejmě dražší, i když jejich rozběhový moment při zatížení je mnohem vyšší než u motorů s rotorem nakrátko. Je to právě důsledek zvýšené síly a obrovského rozběhového momentu tenhle typ motory se používají v pohonech výtahů a jeřábů, tedy tam, kde se zařízení spouští pod zatížením a ne na volnoběh, jako u motorů s rotorem nakrátko.

V tomto článku se podíváme na zásadní rozdíly mezi synchronními a asynchronními elektromotory, aby každý, kdo čte tyto řádky, těmto rozdílům jasně porozuměl.

Dnes šířeji používané, nicméně v některých situacích se synchronní motory ukazují jako vhodnější, efektivnější pro řešení specifických průmyslových a výrobních problémů, o tom bude řeč níže.

Nejprve si připomeňme, co je elektromotor. je elektrický stroj určený k přeměně elektrické energie na mechanickou energii otáčení rotoru a sloužící jako pohon nějakého mechanismu, například k pohonu jeřábu nebo čerpadla.

Ve škole všem bylo řečeno a ukázáno, jak se dva magnety odpuzují s podobnými póly a na rozdíl od pólů se přitahují. Tento . Existují ale i variabilní magnety. Každý si pamatuje kresbu s vodivým rámem umístěným mezi póly permanentního magnetu ve tvaru podkovy.

Horizontálně umístěný rám, pokud jím prochází stejnosměrný proud, se působením dvojice sil () začne otáčet v magnetickém poli permanentního magnetu, dokud není dosaženo rovnováhy ve svislé poloze.

Pokud pak rámem propustíte stejnosměrný proud v opačném směru, rám se otočí dále. V důsledku tohoto střídavého napájení rámu stejnosměrným proudem, nejprve v jednom směru, pak ve druhém, je dosaženo kontinuálního otáčení rámu. Rám je zde analogem střídavého magnetu.

Uvedený příklad s otočným rámem dovnitř nejjednodušší forma demonstruje princip činnosti synchronního elektromotoru. Jakýkoli synchronní elektromotor má na rotoru budicí vinutí, která jsou napájena stejnosměrným proudem, který tvoří magnetické pole rotoru. Stator synchronního elektromotoru obsahuje statorové vinutí pro vytvoření magnetického pole statoru.

Když je do vinutí statoru přiváděn střídavý proud, rotor se bude otáčet frekvencí odpovídající frekvenci proudu ve vinutí statoru. Frekvence otáčení rotoru bude synchronní s frekvencí proudu statorového vinutí, proto se takový elektromotor nazývá synchronní. Magnetické pole rotoru je vytvářeno proudem a není indukováno polem statoru, takže synchronní motor je schopen udržovat synchronní jmenovité otáčky bez ohledu na výkon zátěže, samozřejmě v rozumných mezích.

A synchronní elektromotor se zase liší od synchronního. Pokud si pamatujete kresbu v rámu a rám je jednoduše zkratován, pak když se magnet otáčí kolem rámu, proud indukovaný v rámu vytvoří magnetické pole rámu a rám se pokusí dohnat s magnetem.

Frekvence otáčení rámu při mechanickém zatížení bude vždy menší než rychlost otáčení magnetu a frekvence proto nebude synchronní. Tento jednoduchý příklad demonstruje princip činnosti indukčního motoru.

V asynchronním elektromotoru vzniká rotující magnetické pole střídavý proud vinutí statoru umístěné v jeho drážkách. Rotor typického indukčního motoru nemá žádné vinutí, ale místo toho obsahuje zkratované tyče (rotor klece veverky), nazývané rotor klece veverky. Existují i ​​asynchronní motory s vinutým rotorem, kde rotor obsahuje vinutí, u kterých lze odpor a proud řídit reostatem.

Takže, jaký to má smysl? zásadní rozdíl asynchronní elektromotor ze synchronního? Vzhledově vypadají podobně, někdy ani specialista nepozná rozdíl vnější znaky synchronní elektromotor z asynchronního. Hlavní rozdíl spočívá v konstrukci rotorů. Rotor asynchronního elektromotoru není napájen proudem a póly na něm jsou indukovány magnetickým polem statoru.

Rotor synchronního motoru má budicí vinutí s nezávislým napájením. Stator synchronního a asynchronního motoru jsou navrženy stejně, funkce je v každém případě stejná - vytváření točivého magnetického pole statoru.

Otáčky asynchronního motoru při zatížení vždy zaostávají za rotací magnetického pole statoru o velikost skluzu, zatímco otáčky synchronního motoru se frekvenčně rovnají „otáčkám“ magnetického pole statoru, takže pokud otáčky musí být konstantní při různém zatížení, je vhodnější zvolit synchronní motor, např. v Při pohonu gilotinových nůžek si se svým úkolem nejlépe poradí výkonný synchronní motor.

Rozsah použití asynchronních motorů je dnes velmi široký. Jedná se o všechny druhy strojů, dopravníků, ventilátorů, čerpadel - všechna zařízení, kde je zatížení relativně stabilní, nebo pokles otáček při zatížení není pro pracovní proces kritický.

Některé kompresory a čerpadla vyžadují konstantní otáčky při jakémkoli zatížení, na taková zařízení jsou instalovány synchronní elektromotory.

Synchronní motory jsou na výrobu dražší než asynchronní, takže pokud máte na výběr a mírné snížení otáček při zátěži není kritické, pořiďte si asynchronní motor.

Synchronní elektromotory jsou široce používány v elektrických pohonech, které nevyžadují regulaci otáček. Ve srovnání s asynchronními motory mají řadu výhod:

vyšší účinnost;

schopnost vyrábět motory s nízkými otáčkami, což eliminuje potřebu mezilehlých převodů mezi motorem a pracovním strojem;

otáčky motoru nezávisí na zatížení jeho hřídele;

Možnost použití jako zařízení pro kompenzaci jalového výkonu.

Synchronní elektromotory mohou být spotřebiče a generátory. Povaha a hodnota jalového výkonu synchronního motoru závisí na velikosti proudu v budícím vinutí. Nazývá se závislost proudu ve vinutí, které dodává napětí do elektrické sítě, na budícím proudu Charakteristika ve tvaru U synchronní motor. Při 100% zatížení hřídele motoru se rovná 1. Elektromotor v tomto případě nespotřebovává jalový výkon z elektrické sítě. Proud ve vinutí statoru má minimální hodnotu.

Existovat různé druhy elektromotory a velmi často se nabízí otázka, jaké jsou rozdíly mezi synchronními a asynchronní motor. V asynchronní vinutí, umístěné ve statoru, vytvářejí rotující magnetické pole, které interaguje s proudy generovanými v rotoru, díky čemuž se dostává do rotujícího stavu. Proto je v současné době považován za nejoblíbenější jednoduchý a spolehlivý asynchronní elektromotor s rotorem nakrátko.

Asynchronní motor

V jeho drážkách jsou vodivé tyče z hliníku nebo mědi, na koncích spojené s kroužky ze stejného materiálu, které vytvářejí zkrat tyto tyče. Proto se rotor nazývá squirrel-cage. Vířivé proudy interagující s polem způsobují, že se rotor otáčí rychlostí menší, než je rychlost otáčení samotného pole. Celý motor se tedy nazýval asynchronní. Tento pohyb se nazývá relativní skluz, protože rychlosti rotoru a magnetického pole jsou nestejné a magnetické pole se neprotíná s vodivými tyčemi rotoru. Nevytvářejí proto točivý moment.

Zásadním rozdílem mezi oběma typy motorů je konstrukce rotoru. V synchronu je to permanentní magnet relativně nízkého výkonu nebo stejný elektromagnet. Rotující magnet, který vytváří stator, se dává do pohybu magnetický rotor. Rychlost pohybu statoru a rotoru je v tomto případě stejná. Proto se tento motor nazývá synchronní.

Vlastnosti synchronního motoru

Synchronní motor se vyznačuje schopností významně posunout napěťový proud ve fázi. Zvýšení účiníku podle typu baterií kondenzátorů.

Asynchronní elektromotory se vyznačují jednoduchostí konstrukce a provozní spolehlivostí. Jedinou nevýhodou těchto jednotek je, že je poměrně obtížné nastavit jejich rychlost otáčení. Indukční motory lze snadno obrátit, což znamená, že rotace motoru se může změnit na opačný směr. K tomu stačí změnit umístění dvou lineárních vodičů nebo fází, které jsou připojeny k vinutí statoru. Na rozdíl od synchronního motoru se jedná o jednoduchý a levný motor, který se používá všude.

Synchronní a asynchronní motor má také tak důležitý rozdíl, že první z nich má konstantní rychlost otáčení při různém zatížení. Proto se používají v pohonech strojů, které vyžadují konstantní rychlosti, například v kompresorech, čerpadlech nebo ventilátorech, protože se velmi snadno obsluhují.

Klasifikace elektromotorů

Elektromotory lze rozdělit do dvou hlavních kategorií – synchronní a asynchronní (indukční) motory. Tyto dva typy se od sebe značně liší. Rozdíl je vidět už v samotných názvech. Jednotky můžete rozlišit podle počtu otáček vyraženého na typovém štítku (pokud tam typ motoru není uveden), asynchronní motor má nezaokrouhlené číslo (například 950 ot./min) a synchronní motor má číslo zaokrouhlené ( 1000 otáček za minutu).

Existují i ​​další důležité rozdíly, v tomto článku se podíváme na ty nejpodstatnější z nich: design, výkon a cena.

Každý motor se skládá ze dvou prvků: stacionárního a rotačního. Stator má axiální drážky - drážky, na jejichž dně jsou položeny měděné nebo hliníkové dráty vedoucí proud. Elektromotor má na hřídeli připevněný rotor s budicím vinutím.

Zásadním rozdílem mezi synchronními a asynchronními motory jsou rotory, přesněji řečeno jejich konstrukce.

U synchronních modelů při nízkých výkonech jsou to permanentní magnety.

Do vinutí statoru je přiváděno střídavé napětí, rotor je připojen ke zdroji konstantního výkonu. Stejnosměrný proud procházející budícím vinutím indukuje magnetické pole ve statoru. Točivý moment je vytvářen v důsledku úhlu zpoždění mezi poli. Rotor má stejnou rychlost jako magnetické pole statoru.

Jednotky se v praxi používají jako generátory i jako motory.

Asynchronní modely jsou poměrně levné motory, které se používají často a všude. Jsou jednodušší konstruktivně, a to navzdory skutečnosti, že stacionární části všech motorů jsou v zásadě podobné.

Statorovým vinutím prochází střídavý elektrický proud, který interaguje s vinutím rotoru. Obě pole rotují stejnou rychlostí ve stejném směru, ale nemohou být stejná, jinak by nevzniklo indukované emf a zejména točivý moment. To způsobuje vznik indukovaného proudu ve vinutí rotoru, jehož směr je podle Lenzova pravidla takový, že má tendenci odporovat příčině jeho vzniku, tj. skluzové rychlosti.

Rychlost otáčení rotoru se neshoduje s rychlostí magnetického pole, je vždy menší. Rotor se tak snaží dohnat rychlost rotujícího magnetického pole a snížit relativní rychlost.

Hlavní výhody a nevýhody

1. Asynchronní jednotky nevyžadují žádný další zdroj energie. Synchronní vyžadují další zdroj stejnosměrného proudu pro napájení vinutí napětím.
2. Synchronizátory mají relativně nízkou citlivost na změny síťového napětí a stabilitu otáčení bez ohledu na zatížení.
3. Indukční motory nevyžadují sběrací kroužky, s výjimkou motorů s vinutým rotorem, které je mají jemný začátek nebo ovládání rychlosti. V synchronní motory více zranitelnosti, protože se používají sběrací kroužky se štětci. V důsledku toho se části rychleji opotřebovávají a kontakt mezi nimi slábne.
4. Synchronizátory potřebují pomocné spouštěče, protože nemají samospouštěcí funkci. U indukčních elektromotorů, které mají vlastní rozběhové momenty, není takový mechanismus vyžadován.

Která jednotka je lepší

Na závěr je třeba poznamenat, že nelze říci, že jeden motor je lepší než druhý. Asynchronní modely jsou však v provozu spolehlivější a mají jednodušší konstrukci. Pokud jednotky nejsou přetížené, tak ano dlouhodobý uživatel může být se službou spokojen.