На рис.7.7 наведено характеристики синхронних двигунівСДВ 17-39-12 та СДВ-17-59-12 (С – синхронний, Д – двигун, В – для приводу вентиляторів, 17 – габарит, 39 та 59 – довжина сердечника статора, см, 12 – число полюсів) та ВДС 325/49-16. Характеристики синхронних двигунів (рис.7.7) мають ряд переваг у порівнянні з характеристиками :
можливість роботи з випереджаючим коефіцієнтом потужності;
нижчі втрати;
синхронна обертання незалежно від навантаження;
можливість плавного регулювання реактивної потужності та більше висока якістьу вузлах навантаження;
здатність зберігати стійку роботу при коливаннях в мережі живлення.
Остання особливістьпов'язані з тим, що з синхронного двигуна максимальний момент пропорційний напрузі, а АТ – квадрату – рис.7.4.

Синхронні двигуни, поряд з наявністю на роторі обмотки збудження, мають потужну демпферну систему, що забезпечує пуск і розгін ротора до підсинхронної частоти обертання в асинхронному режимі, із замкненою на гасить опір обмоткою збудження. Після досягнення підсинхронної частоти обертання здійснюється синхронізація двигуна шляхом включення АГП і доведення його частоти обертання до синхронної. Синхронізація ускладнюється при високих коефіцієнтах завантаження двигуна, а системі власних потреб електростанцій можливості розвантаження період синхронізації відсутні – рис.7.7.
Недоліком синхронних електродвигунівє необхідність відключення АГП і переведення їх в асинхронний режим навіть при короткочасних глибоких зниженнях напруги живлення, пов'язаних з невіддаленими і помилковим відключенням робочих вводів живлення. При використанні синхронних двигунів на електростанціях вони братимуть участь у самозапуску поряд з іншими асинхронними двигунами в умовах нижчих напруг живлення в порівнянні з пуском окремого. У цьому умови синхронізації ускладнюються.

Виходячи з високої чутливості синхронних електродвигунів до глибоких зниження напруги, труднощі синхронізації в умовах самозапуску, відсутність необхідності компенсації реактивної потужності в системі СН через невелику віддаленість синхронних генераторів, синхронні електродвигуни знайшли обмежене застосування в системі СН електростанцій. Синхронні електродвигуни використовуються для живлення споживачів, які не впливають на негайне припинення технологічного процесу: циркуляційних насосів, приводи компресорів та вентиляторів, млинів, дробарок. Перелічені механізми зазвичай мають проміжні бункери палива і запаси робочого тіла, що перекачується в ресиверах.
У вигляді прикладу в табл.7.2 зображено млин-вентилятор з приводним синхронним двигуном марки СДМЗ2-22-61-40УХЛ4, призначеним для приводу кульових та стрижневих млинів. У позначенні типу:
С – синхронний, Д – двигун, М – для приводу млинів, З – закритого виконання, 2 – друга серія, 22 – габарит, 61 – довжина сердечника статора, см, 40 – число полюсів, УХЛ4 – кліматичне виконання та категорія розміщення за ГОСТ . Пуск асинхронний двигун прямий при номінальній напрузі мережі з включенням в ланцюг обмотки збудження розрядного опору. У процесі пуску середнє на затискачах двигуна має бути не менше 0,85Uном, мінімальне на початку пуску – не менше 0,8Uном. Двигун допускає два пуски підряд з холодного стану або один пуск з гарячого стану за умови, що середній статичний момент опору механізму на валу за час пуску не перевищує 0,8 М ном при моменті інерції механізму, що наводиться не більше зазначеного в табл.7.2. Порушення двигуна здійснюється від тиристорних збудників. Звертаємо увагу на низьку частоту обертання електродвигунів серії СДМЗ2 у межах 100 – 150 об/хв, на які асинхронні двигуни не випускаються.

Існують різні видиелектродвигунів і дуже часто виникає питання, в чому ж відмінності між синхронним та асинхронним двигуном. У асинхронної обмотки, розташовані в статорі, створюють магнітне поле, що обертається, взаємодіє зі струмами, що утворюються в роторі, завдяки чому він приходить у обертовий стан. Тому, в даний час найбільш популярним вважається простий і надійний асинхронний електродвигун, що має короткозамкнений ротор.

Асинхронний двигун

У його пазах розташовані струмопровідні стрижні з алюмінію або міді, з'єднані своїми кінцями з кільцями з такого ж матеріалу, що виробляють коротке замиканняцих стрижнів. Тому ротор і називається короткозамкнутим. Вихрові струми, що взаємодіють з полем, викликають обертання ротора зі швидкістю меншою, ніж швидкість обертання самого поля. Таким чином, весь двигун отримав назву асинхронного. Цей рух отримав назву відносного ковзання, оскільки швидкості ротора та магнітного поля нерівні і магнітне поле не перетинається з струмопровідними стрижнями ротора. Тому, вони не створюють момент, що обертається.

Принциповою відмінністю обох видів двигунів є виконання ротора. У синхронному він є постійним магнітом відносно невеликої потужності або такий же електромагніт. Магніт, що обертається, створює статора, приводить в рух магнітний ротор. Швидкість руху статора та ротора, у цьому випадку, однакова. Тому, даний двигунотримав назву синхронного.

Особливості синхронного двигуна

Синхронний двигун відрізняється можливістю значного випередження струмом напруги фазою. Підвищуючи коефіцієнт потужності на кшталт конденсаторних батарей.

Асинхронні електродвигуни відрізняються простотою конструкції та надійністю в експлуатації. Єдиний недолік цих агрегатів полягає у достатній складності регулювання частоти їх обертання. асинхронні двигуни можуть бути легко реверсовані, тобто обертання двигуна може змінитися протилежний напрямок. Для цього достатньо змінити місце розташування двох лінійних проводів або фаз, які замикаються на обмотку статора. На відміну від синхронного, це простий і дешевий двигун, який застосовується повсюдно.

Синхронний і асинхронний двигун має ще й таку важливу відмінність, як постійна частота обертання першого при різних навантаженнях. Тому їх застосовують у приводах машин, що потребують постійних швидкостей, наприклад, компресорах, насосах або вентиляторах, оскільки вони дуже легкі в управлінні.

Класифікація електродвигунів

Асинхронний та синхронний електродвигуни. Принцип роботи

Трифазні асинхронні двигуни становлять основу сучасного електроприводу. Від ДПТ їх відрізняє простота конструкції, надійність, високі техніко-економічні показники. В даний час частотні перетворювачі дозволили зробити регулювальні властивості АТ кращими, ніж у ДПТ з НВ.

За конструкцією ротора АТ поділяються на двигуни і короткозамкнутим ротором (КЗР) та двигуни з фазним ротором (ФР). Найбільш проста конструкціяу АТ з КЗР. Ротор такого двигуна не має висновків, тому що його обмотка виконана у вигляді короткозамкнутої клітини (білизна клітина). Його обмотка виконана у вигляді ряду мідних або алюмінієвих стрижнів, розташованих по периметру сердечника ротора, замкнені в двох сторонах короткозамикающими кільцями. Простота конструкції забезпечує їм високу надійність, простоту обслуговування та невисоку вартість. Схема включення АТ СС КЗР представлена ​​на рис. 4.1 а.

Фазний ротор має трифазну обмотку, виконану за типом статора обмотки (рис. 4.1, б). Одні кінці котушок з'єднані в нульову точку («зірка»), інші – підключені до контактним кільцям. На кільця накладено щітки, що здійснюють ковзний контакт з обмоткою ротора. При такій конструкції можливе приєднання до обмотки ротора пускового або регулювального реостата, що дозволяє змінювати електричний опір ланцюга ротора. Такі двигуни складніші у виготовленні та експлуатації, тому застосовуються тільки там, де застосування АТ з КЗР не забезпечить вимогам у приводі механізму.

Ротор АТ відстає від магнітного поля статора, що обертається, яке створюється обмоткою статора, тобто обертання відбувається асинхронно. У цих умовах обертове поле статора індукує ЕРС в обмотці роторі, під дією якого в роторі протікає струм, який взаємодіє з магнітним полем, що обертається (ВМП), створюючи крутний момент двигуна. У робочих режимах різниця частот обертання статора та ротора невелика і становить кілька відсотків. При розгляді робочих процесів АТ зазвичай використовують поняття ковзання

Швидкість асинхронного двигунау робочих режимах

де синхронна частота обертання магнітного поля; - Частота напруги живлення; - Число пар полюсів.

Статор синхронного двигуна (ЦД) конструктивно не відрізняється від статора АТ. Ротор СД має явнополюсну конструкцію, на полюсах якого розташована обмотка збудження. При включенні обмотки до джерела постійного струму у двигуні створюється додаткове магнітне поле. Таким чином, для роботи синхронного двигуна крім 3х-фазної змінної напруги потрібно також постійне. Виняток становлять двигуни, які збуджуються постійними магнітами. Такі двигуни мають абсолютно жорстку механічну характеристику: ротор двигуна обертається синхронно з магнітним полем, що обертається, з частотою .

На відміну від АТ, синхронні не створюють пускового моменту, тому що ротор двигуна через інерційність не може миттєво розігнатися до синхронної швидкості. Для пуску ЦД необхідно попередньо привести його в обертання до швидкості, близької до синхронної (. З цією метою застосовують асинхронний пуск, для чого на роторі двигуна розташовується пускова обмотка, конструктивно схожа на білу клітину).

Процес асинхронного пуску ЦД протікає в такий спосіб (рис. 4.2).

При включенні обмотки статора ЦД у мережу ЦД запускається як асинхронний. При цьому обмотку збудження замикають на опір обмеження величини ЕРС, яка наводиться в ОВ при пуску двигуна. При досягненні швидкості обертання близької до номінальної, обмотку збудження підключають до постійної напруги, і двигун втягується в синхронізм, тобто швидкість обертання двигуна стає рівною синхронній швидкості.

Синхронні двигуни виготовляються на великі потужності: від сотень до тисяч кіловат. Пояснюється це тим, що при менших потужностях їх застосування є недоцільним за техніко-економічними показниками.

ЦД зазвичай мають цільове призначення, тобто кожна серія розроблена для конкретних механізмів (для кульових млинів – СДМЗ, для приводу компресорів – ЦДК, для приводу насосів – ВДС та ін.).

Синхронні двигуни мають перевантажувальну здатність .

Ще однією особливістю ЦД є можливість працювати з величиною, більше того, при перезбудженні синхронний двигун починає генерувати ємнісне навантаження. Для підвищення в мережі використовують синхронні компенсатори, що є перезбудженими ЦД спеціальної конструкції, що працюють без навантаження на валу.

Перш ніж розібратися, в чому їхня відмінність, необхідно з'ясувати, що таке електродвигун? Електродвигун - це електрична машина, яка приводиться в дію від електроенергії і є приводом для інших механізмів.

Пояснення принципу роботи синхронного електродвигуна для чайників

З дитинства ми пам'ятаємо, що два магніти, якщо наблизити їх один до одного, в одному випадку притягуються, а в іншому відштовхуються. Відбувається це, залежно від того, що якими сторонами магнітів ми їх з'єднуємо, різноіменні полюси притягуються, а однойменні відштовхуються. Це – постійні магніти, у яких магнітне поле є постійно. Існують і змінні магніти.

У шкільному підручнику з фізики є малюнок, де зображений електромагніт у вигляді підкови та рамка з півкільцями на кінцях, що розташована між його полюсами.

При розташуванні рамки в горизонтальному положенні в просторі між полюсами магнітів, через те, що магніт притягує різноіменні полюси і відштовхує однойменні, на рамку подається струм однакового знака. Навколо рамки з'являється електромагнітне поле (ось приклад змінного магніту!), Полюси магнітів притягують рамку, і вона повертається у вертикальне положення. При досягненні вертикалі, на рамку подається струм протилежного знака, електромагнітне поле змінює рамки полюсність, і полюси постійного магніту починають відштовхувати рамку, обертаючи її до горизонтального положення, після чого цикл обертання повторюється.

У цьому полягає принцип роботи електродвигуна. Причому примітивного синхронного електродвигуна!

Отже, примітивний синхронний електродвигун працює, коли на рамку подається струм. У справжнього синхронного електродвигуна роль рамки виконує ротор з котушками проводів, званих обмотками, на які подається струм (вони служать джерелами електромагнітного поля). А роль підковоподібного магніту виконує статор, виготовлений або з набору постійних магнітів, або теж з котушок проводів (обмоток), які при подачі струму є джерелами електромагнітного поля.

Ротор синхронного електродвигуна буде обертатися з такою самою частотою, з якою змінюється струм, що подається на клеми обмотки, тобто. синхронно. Звідси назва цього електродвигуна.

Пояснення принципу роботи асинхронного електродвигуна для чайників

Згадуємо опис малюнку у попередньому прикладі. Та ж рамка, розташована між полюсами підковоподібного магніту, тільки її кінці не мають напівкілець, вони з'єднані між собою.

Тепер починаємо обертати довкола рамки підковоподібний магніт. Обертаємо його повільно і спостерігаємо за поведінкою рамки. До деяких пір рамка залишається нерухомою, а потім, при повороті магніту на певний кут, рамка починає обертання за магнітом. Обертання рамки запізнюється проти швидкістю обертання магніту, тобто. вона обертається не синхронно з ним – асинхронно. Ось і виходить, що це примітивний електродвигун асинхронний.

Взагалі-то роль магнітів в цьому асинхронному двигуні служать обмотки, розташовані в пазах статора, на які подається струм. А роль рамки виконує ротор, в пази якого вставлені металеві пластини, з'єднані між собою на коротко. Тому такий ротор називається короткозамкнутим.

У чому ж відмінності синхронного та асинхронного електродвигунів?

Якщо поставити поруч два сучасних електродвигуніводного та іншого типу, то за зовнішніми ознакамиїх відрізнити важко навіть фахівцю.

По суті, їхня головна відмінність розглянута в наведених прикладах принципів роботи цих електродвигунів. Вони відрізняються за конструкцією роторів. Ротор синхронного електродвигуна складається з обмоток, а асинхронного ротор являє собою набір пластин.

Статори одного й іншого електродвигунів майже не відрізняються і є набором обмоток, однак, статор синхронного електродвигуна може бути набраний з постійних магнітів.

Оберти синхронного двигуна відповідають частоті струму, що подається на нього, а оберти асинхронного дещо відстають від частоти струму.

Відрізняються вони і за сферами застосування. Наприклад, синхронні електродвигуни ставлять для приводу обладнання, яке працює з постійною швидкістюобертання (насоси, компресори тощо) не знижуючи її зі збільшенням навантаження. А от асинхронні електродвигунизнижують частоту обертання зі збільшенням навантаження.

Синхронні електродвигуни конструктивно складніші, а значить, і дорожчі за асинхронні електродвигуни.

Особливістю роботи двигуна є рівність швидкості обертання ротора та швидкості обертання магнітного потоку. Тому швидкість валу двигуна не залежить і не змінюється від величини навантаження, що підключається. Це досягається за рахунок того, що індуктор синхронного електродвигуна є електромагнітом, у деяких випадках постійним магнітом.

Кількість пар полюсів ротора однаково з числом пар полюсів у магнітного поля, що рухається. Взаємна дія цих полюсів дає можливість вирівнювання швидкості ротора. На валу в цей момент може бути будь-яке за величиною навантаження. Вона впливає швидкість обертання індуктора.

Конструктивні особливості та принцип роботи

Основними складовими частинамисинхронного електродвигуна є: статор, який нерухомий, і ротор, тобто званий індуктором. Статор має іншу назву - якір, але від цього його суть не змінюється. Ці частини двигуна розділені прошарком повітря. Між пазами закладена трифазна обмотка, яка найчастіше має з'єднання .

Коли двигун після запуску почав працювати, струми якоря утворюють магнітне поле, що рухається, його обертання дає перетин поля індуктора. У результаті такої роботи двох полів з'являється енергія. Магнітне поле статора за своєю суттю є полем реакції. У роботі генераторів таку енергію одержують за допомогою індукторів.

Полюсами є електромагніти статора, які працюють на постійному струмі. Статори синхронних моторів можуть виконуватися різним схемам: неявнополюсний, а також явнополюсний. Вони відрізняються становищем полюсів.

Для зниження магнітного опору та оптимізації умов проходу магнітного поля використовують осердя з феромагнітного матеріалу. Вони знаходяться в роторі та якорі. Виробляються вони з електротехнічної сталі, що містить велика кількістькремнію. Це дає можливість знизити вихрові струми та збільшити електричний опір сталі.

Синхронні електродвигуни мають у своїй основі принцип взаємодії полюсів індуктора та статора. Під час запуску двигун прискорюється до швидкості обертання магнітного потоку. Тільки за такої умови електродвигун починає діяти у синхронному режимі. При такому процесі магнітні поля утворюють перетин, виникає вхід до синхронізації.

Довгий час для розгону двигуна застосовували окремий пусковий двигун. Його з'єднували механічним шляхом із синхронним мотором. При запуску ротор прискорювався і досягав синхронної швидкості. Далі двигун самостійно втягувався в синхронний рух. При виборі потужності пускового мотора керувалися 15% потужності від номіналу двигуна, що розганяється. Цього резерву потужності було достатньо для запуску синхронного двигуна, навіть за наявності невеликого навантаження.

Такий метод розгону складніший, значно підвищує вартість обладнання. У сучасних конструкціяхсинхронні електродвигуни немає такої схеми розгону. Застосовують іншу систему розгону. Реостат замикають обмотки індуктора за аналогією з асинхронним двигуном. Для запуску на ротор монтують короткозамкнену обмотку, що є також заспокійливою обмоткою, яка запобігає розгойдування ротора при синхронізації.

При досягненні ротором номінальної швидкості до індуктора підключають постійний струм. Однак для пуску моторів з постійними магнітами не обійтися без застосування зовнішніх пускових двигунів.

У кріогенних синхронних електродвигунах застосовується обернена конструкція. У ній якір та індуктор розміщені навпаки, індуктор знаходиться на статорі, а якір розташований на роторі. У таких машин збуджуючі обмотки складаються із надпровідних матеріалів.

Гідності й недоліки

Синхронні двигуни мають основну перевагу в порівнянні з асинхронними двигунами той факт, що збудження від постійного струму зовнішнього джереладає можливість роботи за значної величини коефіцієнта потужності. Ця особливість дає можливість збільшити значення коефіцієнта потужності загальної мережі завдяки включенню синхронного мотора.

Синхронні електродвигуни мають інші переваги:

• Електродвигуни синхронного типу працюють з підвищеним коефіцієнтомпотужності, що створює зменшення витрати енергії та знижує втрати. ККД синхронного мотора вище за тієї ж потужності асинхронного двигуна.
• Синхронні електродвигуни мають момент обертання, який залежить від напруги мережі. Тому при зменшенні напруги зберігає свою потужність більше асинхронного. Це фактор надійності подібних конструкцій моторів.

Недоліками є такі негативні моменти:

• При проведенні порівняльного аналізуконструкцій двох моторів, можна відзначити, що синхронні електродвигуни виконані по більш складній схемі, тому їх вартість буде вищою.
• Наступним недоліком для синхронних моторів стала необхідність джерела струму у вигляді випрямляча, або іншого блоку живлення постійного струму.
• Запуск двигуна відбувається за складною схемою.
• Регулювання швидкості валу двигуна можливе лише одним способом, за допомогою застосування частотного перетворювача.

У результаті можна сказати, що переваги синхронних двигунів перекривають недоліки. Тому двигуни такого виду широко застосовуються в технологічних процесахде йде постійний безперервний процес, і не потрібно часта зупинката запуск обладнання: на млиновому виробництві, у компресорах, дробарках, насосах тощо.

Вибір двигуна

До питання придбання синхронного електродвигуна потрібно підходити, ґрунтуючись на такі фактори:

• Умови експлуатації електродвигуна. За умовами вибирають тип двигуна, який може бути захищеним, відкритим чи закритим. А також синхронні електродвигуни відрізняються захистом струмових частин від вологи, температури, агресивних середовищ. Для вибухонебезпечного виробництва існують спеціальні захисту, що запобігають утворенню іскор у двигуні.
• Особливості виконання підключення електродвигуна із споживачем.

Синхронні компенсатори

Вони служать для компенсування коефіцієнта потужності в електричній мережі та стабілізації номінального значення напруги у місцях підключення навантажень до двигуна. Нормальним режимомсинхронного компенсатора є режим перезбудження в момент віддачі в електричну мережу.

Такі компенсатори ще називають генераторами реактивної потужності, оскільки вони призначені для виконання такої ж задачі, як батареї конденсаторів на підстанціях. Коли потужність навантажень зменшується, то часто потрібна дія синхронних компенсаторів у незбудженому режимі при їх споживанні реактивної потужності та індуктивного струму, тому що напруга в мережі намагається збільшитись, а для її стабілізації на робочому рівні потрібно навантажити мережу струмом індуктивності, що викликає в мережі зниження напруги живлення.

Для цього синхронні компенсатори забезпечуються регулятором автоматичного збудження. Регулятор змінює струм збудження таким чином, що напруга компенсатора не змінюється.

Сфера використання

Широке використання електродвигунів асинхронного типу зі значними недовантаженнями робить роботу станцій та енергосистем складніше, оскільки зменшується коефіцієнт потужності системи, це веде до незапланованих втрат, до їх неповного використання активної потужності. У зв'язку з цим виникла потреба у використанні двигунів синхронного типу, особливо приводів механізмів значної потужності.

Якщо порівнювати синхронні електродвигуни з асинхронними, то гідністю синхронних стала їхня робота коефіцієнтом потужності 1, завдяки дії збудження постійним струмом. При цьому вони не витрачають реактивну потужність з мережі живлення, а якщо працюють з перезбудженням, то навіть віддають деяку величину реактивної потужності для мережі.

У результаті коефіцієнт потужності мережі покращується, і знижуються втрати напруги, збільшується коефіцієнт потужності генераторів електростанцій. Найбільший момент синхронного електродвигуна прямо залежить від напруги, а синхронного електромотора – від квадрата напруги.

Тому, при зменшенні напруги синхронний електромотор має, як і раніше, значну здатність навантаження. Також застосування можливості підвищення збуджуючого струму синхронних моторів дає можливість підвищувати їх надійність експлуатації при раптових зниженнях напруги, і оптимізувати в таких випадках роботу всієї енергосистеми.

Через великої величиниповітряного проміжку додаткові втрати в сталевих сердечниках та в роторі синхронних моторів менше, ніж у двигунів асинхронного виду. Тому ККД синхронних двигунів частіше буває більше.

Однак пристрій синхронних моторів набагато складніший, а також необхідний збудник або інший пристрій живлення. Тому синхронні моторимають більш високу вартість порівняно з асинхронними із короткозамкненим ротором.

Запуск і регулювання швидкості синхронних електродвигунів має свої складності. Але при великих потужностяхїх переваги перевершують недоліки. Тому вони застосовуються в багатьох місцях, де не потрібні часті пуски, зупинки обладнання, а також немає необхідності регулювання оборотів двигуна з приводом механізмів насосів, компресорів, млинів і т.д.