Отличие синхронного двигателя и асинхронного: Отличие синхронного от асинхронного двигателя

Содержание

Отличие синхронного двигателя от асинхронного. Синхронные и асинхронные двигатели, их отличия и разница в применении. Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Существуют различные виды электродвигателей, и очень часто возникает вопрос, в чем же отличия между синхронным и асинхронным двигателем. В асинхронном обмотки, расположенные в статоре, создают вращающееся магнитное поле, взаимодействующее с токами, образующимися в роторе, благодаря чему он приходит во вращающееся состояние. Поэтому, в настоящее время, наиболее популярным считается простой и надежный асинхронный электродвигатель, имеющий короткозамкнутый ротор.

Асинхронный двигатель

В его пазах расположены токопроводящие стержни из алюминия или меди, соединенные своими концами с кольцами из такого же материала, которые производят короткое замыкание этих стержней. Поэтому, ротор и называется короткозамкнутым. Вихревые токи, взаимодействующие с полем, вызывают вращение ротора со скоростью, меньшей, чем скорость вращения самого поля. Таким образом, весь двигатель получил название асинхронного. Это движение получило название относительного скольжения, поскольку скорости ротора и магнитного поля неравны и магнитное поле не пересекается с токопроводящими стержнями ротора. Поэтому, они не создают вращающийся момент.

Принципиальным отличием обоих видов двигателей является исполнение ротора. В синхронном он представляет собой постоянный магнит относительно небольшой мощности или такой же электромагнит. Вращающийся магнит, создающий статора, приводит в движение магнитный ротор. Скорость движения статора и ротора, в этом случае, одинаковая. Поэтому, данный двигатель получил название синхронного.

Особенности синхронного двигателя

Синхронный двигатель отличается возможностью значительного опережения током напряжения по фазе. Повышая коэффициент мощности по типу конденсаторных батарей.

Асинхронные электродвигатели отличаются простотой конструкции и надежностью в эксплуатации. Единственный недостаток этих агрегатов заключается в достаточной трудности регулировки частоты их вращения. асинхронные двигатели могут быть легко реверсированы, то есть вращение двигателя может измениться на противоположное направление. Для этого, достаточно изменить место расположения двух линейных проводов или фаз, которые замыкаются на обмотку статора. В отличие от синхронного, это простой и дешевый двигатель, применяющийся повсеместно.

Синхронный и асинхронный двигатель имеет еще и такое важное отличие, как постоянная частота вращения у первого при различных нагрузках. Поэтому их применяют в приводах машин, требующих постоянных скоростей, например, в компрессорах, насосах или вентиляторах, поскольку они очень легки в управлении.

Классификация электродвигателей

Всем известно, что основное предназначение электродвигателей – это преобразование электрической энергии в энергию механическую. Это обнаружил аж в 1821 году Майкл Фарадей, который проводил опыты с магнитами и магнитным полем. С тех пор прошло много времени, а электрические моторы заняли свое основное место в промышленности и быту.

Без них сегодня никуда. В настоящее время производители электродвигателей предлагают большое количество моделей, различающихся по конструкции и принципу действия. Это двигатели постоянного и переменного тока, синхронные и асинхронные. Нас сегодня интересует именно синхронный и асинхронный двигатель – отличия.

Чтобы разобраться в отличиях, необходимо рассмотреть конструктивные особенности каждого типа моторов и понять принцип их работы.

Асинхронный электродвигатель

Итак, надо начать с рассмотрения конструкции асинхронной модели. Основное отличие от синхронной – это наличие трех обмоток в статоре, концы которых выводятся для подключения в клеммную коробку. Вторая основная часть мотора – ротор цельного типа, торцы которого замыкаются между собой, отсюда, в принципе, и название – короткозамкнутый.

Дополнением конструкции является крыльчатка, с помощью которой охлаждается двигатель. Устанавливается крыльчатка на вал (ротор) электрического мотора. Сам ротор держится и вращается в подшипниках, установленных в двух крышках корпуса. Обратите внимание, что именно подшипники и являются самым уязвимым местом агрегата. Именно они чаще всего выходят из строя. Правда, заменить их не очень сложно.

Принцип работы

По какому принципу работает асинхронный двигатель? Внутри корпуса мотора, где расположены обмотки статора, возникает магнитное поле, которое действует на ротор, заставляя его вращаться под действием возникшей электродвижущей силы. Но вращение ротора может быть только в том случае, если скорость вращения магнитного поля будет быстрее вращения самого вала двигателя. Если скорости будут одинаковыми, то электродвижущая сила не появится.

Но в любом случае этого произойти не может, потому что здесь несколько причин, сдерживающих скорость вращения ротора.

  • Трение в подшипниках.

Но самое главное, что магнитные полюса в асинхронном двигателе постоянно меняются, что влияет на смену направлений тока в статоре электродвигателя. То есть, в определенное время ток начинает вращаться «на нас», а в следующий промежуток «от нас».

Именно поэтому такие двигатели называются асинхронными, у них просто нет стабильного направления тока.

Что касается скорости вращения ротора, то тут необходимо сделать одно замечание. Этот показатель будет зависеть от того, сколько полюсов одномоментно подключено к питанию. К примеру, максимальная скорость вращения вала будет при двух подключенных полюсах. Чтобы снизить данный показатель, необходимо добавить еще два полюса, то есть, увеличить их вдвое.

И еще один недостаток. Асинхронные двигатели при работе обладают разной скоростью вращения вала. К примеру, на холостом ходу это может быть одна величина, при нагрузке она резко снижается. По сути, получается так, что изменение частоты тока влияет на скорость вала. Другого способа изменить скорость вращения не существует.

Синхронный электродвигатель

Итак, синхронный электродвигатель – это мотор с постоянной скоростью вращения ротора, плюс возможность регулировать эту скорость. Устройство синхронного мотора достаточно сложное. Чтобы в нем разобраться, необходимо рассмотреть фотографию ниже.

Здесь четко показано, что обмотки двигателя располагаются на якоре или роторе агрегата. Концы обмоток выведены и закреплены на токосъемное кольцо, а, точнее, к его секторам. Сам же ток подается на это же кольцо только через графитовые щетки, которые подключены к питающей сети.

Внимание! Концы обмоток подключаются таким образом, что при работе мотора через щетки электрический ток попадал всегда только на одну пару.

У двигателя этой модели больше уязвимых мест, чем у асинхронной.

  • Снашиваются графитные щетки.
  • Плохой контакт между токосъемным кольцом и щетками за счет ослабления пружины, которая прижимает последние к кольцу (коллектору).
  • Изнашиваются подшипники.
  • Образование грязевого налета на поверхности токосъемного кольца.

Теперь переходим к другой позиции – принцип работы синхронного электродвигателя. Вращающийся момент внутри мотора образуется за счет взаимодействия магнитного поля, которое образуется в обмотках возбуждения, и тока, проходящего по якорю агрегата. Но тут есть один момент – изменяющееся направление тока (переменного) будет менять и направление вращения магнитного поля двигателя. Правда, смена вращения будет меняться и в корпусе аппарата, и на якоре одновременно. Вот почему вращение ротора мотора всегда происходит с одинаковой скоростью.

Именно поэтому изменить эту величину можно лишь тем, если изменить напряжение подаваемой на щетки электроэнергии. Вспомните пылесосы, где всасываемую мощность изменяют переключателем, который просто соединен с реостатом. А мощность пылесоса зависит от скорости вращения вала крыльчатки, то есть вала электродвигателя. Чем больше скорость, тем больше мощность всасывания.

Но синхронные электродвигатели в промышленности своего основного места не нашли. Здесь в основном используются асинхронные модели.

Какой лучше

Итак, в статье были разобраны устройство и принцип действия двух видов электродвигателей. Говорить о том, что какой-то из них лучше, нельзя. Но отметим, что асинхронные модели проще в конструктивном аспекте.

Они надежнее в эксплуатации. Если их не перегружать, то срок службы может быть очень длительным. К сожалению, синхронные виды этим похвастаться не могут. Графитовые щетки быстро изнашиваются, им требуется замена. Но если не уследить, и графит сотрется полностью, то металлические держатели щеток начнут истирать токосъемное кольцо. А его выход из строя – это не только полный выход из строя двигателя, это большое количество искр (трение металла о металл) и возможность появления более серьезных неприятностей.


В основу работы любых электродвигателей положен принцип электромагнитной индукции. Электродвигатель состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо индуктора (для движков постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо якоря (для движков постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока нередко используются постоянные магниты.

Все двигатели, грубо говоря можно поделить на два вида:
двигатели постоянного тока
двигатели переменного тока (асинхронные и синхронные)

Двигатели постоянного тока

По неким мнениям данный двигатель возможно еще назвать синхронной машиной постоянного тока с самосинхронизацией. Простой движок, являющийся машиной постоянного тока, состоит из постоянного магнита на индукторе (статоре), 1-го электромагнита с очевидно выраженными полюсами на якоре (двухзубцового якоря с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой), щёточноколлекторного узла с 2-мя пластинами (ламелями) и 2-мя щётками.
Простой двигатель имеет 2 положения ротора (2 «мёртвые точки»), из которых неосуществим самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное).

Данные двигатели с наличием щёточно-коллекторного узла бывают:

Колекторные — электрическое устройство, в котором датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Бесколекторные — замкнутая электромеханическая система, состоящая из синхронного устройства с синусоидальным распределением магнитного поля в зазоре, датчика положения ротора, преобразователя координат и усилителя мощности. Более дорогой вариант в сравнение с колекторными двигателями.

Двигатели переменного тока

По типу работы данные двигатели делятся на синхронные и асинхронные двигатели. Принципное отличие заключается в том, что в синхронных машинах 1-ая гармоника магнитодвижущей силы статора перемещается со скоростью вращения ротора (по этому сам ротор крутится со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — есть и остается разница меж скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле крутится быстрее ротора).

Синхронный — двигатель переменного тока, ротор которого крутится синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Эти движки традиционно применяются при огромных мощностях (от сотен киловатт и выше).
Есть синхронные двигатели с дискретным угловым движением ротора — шаговые двигатели. У них данное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение исполняется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие обмотки двигателя.
Ещё один вид синхронных движков — вентильный реактивный эл-двигатель, питание обмоток которого складывается с помощью полупроводниковых элементов.

Асинхронный — двигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора различается от частоты крутящего магнитного поля, творимого питающим напряжением, второе название асинхронных машин — индукционные обосновано тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вертящимся полем статора. Асинхронные машины сейчас оформляют огромную часть электрических машин. В главном они используются в виде электродвигателей и считаются ключевыми преобразователями электрической энергии в механическую, причём в основном используются асинхронные движки с короткозамкнутым ротором

По количеству фаз двигатели бывают:

  • однофазные
  • двухфазные
  • трехфазные

Самые популярные и шыроковостребованые двигатели которые применяются в производстве и бытовом хозяйстве:

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Однофазовый асинхронный движок имеет на статоре только 1 рабочую обмотку, на которую в ходе работы мотора подается переменный ток. Хотя для запуска мотора на его статоре есть и вспомогательная обмотка, которая краткосрочно подключается к сети через конденсатор либо индуктивность, или замыкается накоротко пусковыми контактами рубильника. Это нужно для создания исходного сдвига фаз, чтоб ротор начал крутиться, по другому пульсирующее магнитное поле статора не здвинуло б ротор с места.

Ротор такового мотора, как и любого иного асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором, являет из себя цилиндрический сердечник с залитыми алюминием пазами, с сразу отлитыми вентиляционными лопастями.
Таковой ротор именуется короткозамкнутым ротором. Однофазовые движки используются в маломощных устройствах, в том числе комнатные вентиляторы либо маленькие насосы.

Двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Двухфазные асинхронные движки более эффективны при работе от однофазовой сети переменного тока. Они содержат на статоре две рабочие обмотки, находящиеся перпендикулярно, при этом одна из обмоток подключается к сети переменного тока напрямую, а вторая – через фазосдвигающий конденсатор, так выходит крутящееся магнитное поле, а вот без конденсатора ротор бы не двинулся с места.

Данные двигатели помимо прочего имеют короткозамкнутый ротор, а их использование еще обширнее, нежели у однофазовых. Тут уже и стиральные машинки, и разные станки. Двухфазные движки для питания от однофазовых сетей называют конденсаторными двигателями, потому что фазосдвигающий конденсатор считается часто обязательной их частью.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель имеет на статоре три рабочие обмотки, сдвинутые сравнительно друг друга так, что при подключении в трехфазную сеть, их магнитные поля получаются смещенными в пространстве сравнительно друг дружку на 120 градусов. При включении трехфазного мотора к трехфазной сети переменного тока, появляется крутящееся магнитное поле, приводящее в перемещение короткозамкнутый ротор.

Обмотки статора трехфазного мотора возможно соединить по схеме «звезда» либо «треугольник», при этом для питания мотора по схеме «звезда» потребуется напряжение выше, чем для схемы «треугольник», и на движке, потому, указываются 2 напряжения, к примеру: 127/220 либо 220/380. Трехфазные движки незаменимы для приведения в действие разных станков, лебедок, циркулярных пил, подъемных кранов, и т.п.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Трехфазный асинхронный движок с фазным ротором имеет статор подобный описанным выше типам движков, шихтованный магнитопровод с 3-мя уложенными в его пазы обмотками, но в фазный ротор не залиты дюралевые стержни, а уложена уже настоящая трехфазная обмотка, в соединении «звезда». Концы звезды обмотки фазного ротора выведены на три контактных кольца, насаженных на вал ротора, и электрически отделенных от него.

Посредством щеток, на кольца помимо прочего подается трехфазное переменное напряжение, и включение может быть осуществлено как впрямую, так и через реостаты. Непременно, движки с фазным ротором стоят подороже, хотя их пусковой момент под нагрузкой значительно повыше, нежели у типов движков с короткозамкнутым ротором. Именно в следствие завышенной силы и огромного пускового момента, данный вид движков отыскал использование в приводах лифтов и подъемных кранов, другими словами там, где прибор запускается под нагрузкой а не в холостую, как у двигателей с короткозамкнутым ротором.

Электродвигатели бывают двух основных типов — синхронные и асинхронные. Что представляют собой те и другие?

Что представляет собой синхронный двигатель?

К синхронным принято относить электродвигатели, которые функционируют на переменном токе и имеют ротор с частотой вращения, совпадающей с частотой оборотов магнитного поля в конструкции агрегата.

Ключевые элементы синхронного электродвигателя:

  1. якорь;
  2. индуктор.

Первый элемент агрегата располагается на статоре. Индуктор размещается на роторе, который отделен от статора воздушной прослойкой. Структура якоря представлена обмоткой (одной или несколькими). Токи, которые подаются в соответствующий элемент двигателя, формируют магнитное поле, вращающееся с заданной частотой и взаимодействующее с полем индуктора. Индуктор включает 2 полюса — в виде постоянных магнитов.

Синхронный агрегат может функционировать в двух режимах:

  • как собственно электродвигатель;
  • как генератор.

Первый режим работы предполагает взаимодействие магнитного поля, формирующегося на якоре, и поля, которое образуется на полюсах индуктора. Синхронный двигатель в режиме генератора функционирует за счет электромагнитной индукции: в процессе вращения ротора магнитное поле, которое формируется на обмотке, по очереди взаимодействует с фазами обмотки на статоре, вследствие чего образуется электродвижущая сила.

Что представляет собой асинхронный электродвигатель?

К асинхронным принято относить электродвигатели, в которых частота вращения одного из ключевых элементов — ротора — не совпадает с частотой оборотов магнитного поля, формирующегося током, который возникает на обмотке статора. Асинхронные агрегаты иногда именуются индукционными. Это обусловлено тем, что в обмотке ротора осуществляется индуцирование тока при воздействии магнитного поля статора.

В конструкции асинхронного электродвигателя присутствуют статор и ротор, которые разделены воздушной прослойкой. Основные активные элементы агрегата:

  • обмотка;
  • магнитопровод.

Важную роль в функционировании асинхронного двигателя играют дополнительные конструктивные элементы, которые обеспечивают прочность, охлаждение и устойчивость работы агрегата.

Сравнение

Главное отличие синхронного двигателя от асинхронного заключается в соотношении величины частот вращения ротора и магнитного поля. В агрегате первого типа оба показателя одинаковые. В асинхронной машине — разные.

Можно отметить, что электродвигатели второго типа в целом более распространены, чем первые. При этом асинхронные агрегаты чаще всего представлены в разновидности, в которой инсталлирован короткозамкнутый ротор. Данные устройства имеют ряд важнейших преимуществ перед электродвигателями иных категорий. А именно:

  1. простота конструкции, надежность;
  2. относительно невысокая себестоимость производства, эксплуатации;
  3. способность функционирования при задействовании имеющихся ресурсов сети без подключения преобразователей.

Вместе с тем асинхронные машины с короткозамкнутым ротором обладают и рядом недостатков. А именно:

  • наличие малого пускового момента;
  • наличие большого пускового тока;
  • пониженный коэффициент мощности;
  • низкая управляемость с точки зрения регулирования скорости;
  • зависимость максимальной скорости от частоты электрической сети;
  • электромагнитный момент в асинхронных двигателях рассматриваемого типа характеризуется сильной чувствительностью к снижению напряжения в сети.

В свою очередь, у синхронных агрегатов также есть неоспоримые достоинства. К таковым можно отнести:

  • относительно невысокую чувствительность к перепадам напряжения в сети;
  • стабильность вращения вне зависимости от нагрузки на ротор.

Есть у синхронных двигателей и недостатки:

  • относительная сложность конструкции;
  • сложность запуска ротора в ход.

Отмеченные особенности работы синхронных и асинхронных агрегатов делают оптимальным использование первых в случае, если требуемая мощность двигателя в системе (например, как части инфраструктуры фабричной линии) должна составлять порядка 100 кВт и более. В остальных случаях задействование асинхронных машин, как правило, становится более предпочтительным.

Рассмотрев, в чем разница между синхронным и асинхронным двигателем, отразим выводы в таблице.

Электродвигатели — машины, превращающие энергию электричества в механическую. Преобразованная энергия приводит во вращательное движение ротор двигателя, передающий вращение через трансмиссию непосредственно на вал исполнительного механизма. Основными типами электродвигателей являются синхронный и асинхронный двигатели. Различия между ними определяют возможности использования в различных устройствах и технологических процессах.

Принципы работы

Все электродвигатели имеют неподвижный статор и вращающийся ротор. Разница между асинхронным и синхронным двигателями состоит в принципах создания полюсов. В асинхронном электродвигателе они создаются явлением индукции. Во всех других электродвигателях используются постоянные магниты или катушки с током, создающие магнитное поле.

Особенности синхронных двигателей

Ведущие агрегаты синхронной машины — якорь и индуктор . Якорем является статор, а индуктор располагается на роторе. Под действием переменного тока в якоре образуется вращающееся магнитное поле. Оно сцепляется с магнитным полем индуктора, образованным полюсами постоянных магнитов или катушек с постоянным током. В результате этого взаимодействия энергия электричества преобразуется в кинетическую энергию вращения.

Ротор синхронной машины имеет частоту вращения такую же, как у поля статора. Достоинства синхронных электродвигателей:

  • Конструктивно используется и как двигатель, и как генератор.
  • Частота вращения, не зависящая от нагрузки.
  • Большой коэффициент полезного действия.
  • Малая трудоёмкость в ремонте и обслуживании.
  • Высокая степень надёжности.

Синхронные машины широко используются как электродвигатели большой мощности для небольшой скорости вращения и постоянной нагрузки. Генераторы применяются там, где требуется автономный источник питания.

Имеются у синхронной машины и недостатки:

  • Требуется источник постоянного тока для питания индуктора.
  • Отсутствует начальный пусковой момент, для запуска требуется применение внешнего момента или асинхронного пуска.
  • Щётки и коллекторы быстро выходят из строя.

Современные синхронные агрегаты содержат в индукторе дополнительно к обмотке, питаемой постоянным током, ещё и пусковую короткозамкнутую обмотку, которая предназначена для пуска в асинхронном режиме.

Отличительные черты асинхронных двигателей

Вращающееся магнитное поле статора асинхронного двигателя наводит индукционные токи в роторе, которые образуют собственное магнитное поле. Взаимодействие полей приводит ротор во вращение. Частота вращения ротора при этом отстаёт от частоты вращения магнитного поля. Именно это свойство отражено в названии двигателя.

Асинхронные электродвигатели бывают двух типов: с короткозамкнутым и с фазным ротором.

Бытовые приборы, такие как вентилятор или пылесос, обычно снабжены двигателями с короткозамкнутым ротором, который представляет собой «беличье колесо». Все стержни замыкаются приваренными с обеих сторон дисками. Взаимодействие магнитного поля статора с наведёнными токами в роторе образовывает электромагнитную силу, которая действует на ротор в направлении вращения поля статора. Крутящий момент на валу электродвигателя создаётся всеми электромагнитными силами от каждого проводника.

В электродвигателе с фазным ротором применяется тот же статор, что и для мотора с короткозамкнутым ротором. А в ротор добавляются обмотки трёх фаз, соединённые в «звезду». К ним можно при пуске двигателя подключать реостаты, регулирующие пусковые токи. С помощью реостатов можно регулировать и частоту вращения двигателя.

Достоинствами асинхронных двигателей можно назвать:

  • Питание непосредственно от сетей переменного тока.
  • Простоту устройства и сравнительно невысокую стоимость.
  • Возможность использования в бытовых приборах с применением однофазного подключения.
  • Низкое потребление энергии и экономичность.

Серьёзные недостатки — сложная регулировка частоты вращения и большие теплопотери. Для предотвращения перегрева корпус агрегата делается ребристым, и на вал электродвигателя устанавливается крыльчатка для охлаждения.

Отличие в характеристиках электродвигателей

Конструктивные особенности и рабочие характеристики электродвигателей имеют решающее значение при выборе агрегатов. От этого зависит проектирование трансмиссий и всех силовых узлов механизмов. При выборе двигателя нужно опираться на общность и главные отличия в свойствах машин:

Синхронный и асинхронный электродвигатели находят каждый своё применение. Синхронные двигатели рекомендуется использовать везде при высоких мощностях, где присутствует непрерывный производственный процесс и не нужно часто перезапускать агрегаты или регулировать частоту вращения. Они используются в конвейерах, прокатных станах, компрессорах, камнедробилках и т. д. Современный синхронный электродвигатель имеет такой же быстрый запуск, как и асинхронный, но он меньше и экономичнее, чем асинхронный, равный по мощности.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором применяются там, где нужен большой пусковой момент и частые остановки агрегатов. Например, в лифтах и башенных кранах. Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором получили широкое применение из-за простоты устройства и удобства в эксплуатации.

Используя достоинства разных агрегатов и то, чем отличается синхронный двигатель от асинхронного, можно делать обоснованный выбор того или иного мотора при проектировании машин, станков и другого оборудования.

Чем отличается синхронный от асинхронного электродвигателя

В асинхронном двигателе ротор движется «сам по себе». В нем изначально нет ни магнитного поля, на него не подается никакого электрического напряжения. Он даже не обязан быть сделанным из железа — магнитного металла. Ну а вот, поди ж ты, стоит подключить к двигателю трехфазное напряжение, и ротор закрутился. Безо всякого подталкивания. Но по-своему.

Два вида электродвигателей переменного тока

Асинхронные двигатели — наивная простота

Ротор то догоняет волну, то слегка отстает, потому что синхронно с ней бежать просто не может. Такое явление назвали «скольжением», догнав бегущее магнитное поле, ротор с беличьей клеткой теряет магнитную индукцию и дальше некоторое время просто скользит по инерции. А когда трение или нагрузка вынуждают его отстать от бегущего поля, он опять «почувствует» в себе изменения силовых линий обгоняющего его поля и снова обретет индукцию, а вместе с этим и силы двигаться.

То есть, ротор слегка проскальзывает: то догоняет бегущее равномерно по кругу магнитное поле, то «забывает, зачем бежал» и слегка приотстает, то снова «спохватывается» и опять стремится догнать. Постепенно эти отклонения стабилизируются — в зависимости от трения в подшипниках и величины нагрузки на вал — и асинхронный двигатель начинает работать просто со скоростью вращения, чуть меньшей частоты напряжения на статоре. Эта разница частот и называется частотой скольжения.

Двигатели синхронные: сложное в простом

Для того, чтобы ротор был связан с бегущей волной магнитного поля катушек статора жестким образом, придумали электродвигатель синхронный. А проблема решается просто. В роторе вместо изменяющегося магнитного поля от короткозамкнутых токов беличьей клетки нужно использовать постоянные магниты и их магнитное поле.

Вариантов два. Или это поле от постоянного магнита, закрепленного в роторе, или это поле от электромагнитов, установленных в роторе вместо такого магнита.

Обычный магнит, конечно, проще. Но тогда для стандартного функционирования таких электромоторов нужно, чтобы на них на всех — а используются тысячи электромоторов — магниты были строго одинаковы. Иначе параметры движения будут разными, а магниты еще имеют свойство размагничиваться.

Электромагнит, установленный в роторе двигателя, легче заставить вырабатывать поле нужного качества, но требуется электрический ток для его работы. Такой ток, который называется током возбуждения, в свою очередь нужно где-то брать и как-то на ротор подавать.

1 – ротор,
2 – коллектор возбуждения

Отсюда и происходит некоторое разнообразие конструкций синхронных двигателей. Но важнее всего то, что синхронные двигатели крутят свой вал строго синхронно частоте бегающего по кругу поля катушек статора, то есть скорость их вращения точно равна — или кратна (если обмоток статора больше трех) — частоте переменного тока в питающей сети.

Однако кроме всего прочего, синхронный двигатель обладает свойством полной обратимости. Потому что синхронный электродвигатель — это тот же самый генератор электрического тока, но работающий «в обратную сторону». В генераторе некоторая механическая сила вращает вал с ротором, и от этого в обмотках статора возникает наведенное электрическое напряжение от вращающегося магнитного поля ротора. А отличие синхронного двигателя от генератора в том, что напряжение в катушках статора порождает бегающее по кругу магнитное поле, которое, взаимодействуя с постоянным магнитным полем ротора, толкает его, чтобы ротор тоже вращался.

Только если в генераторе вращению ротора можно механически придать любую скорость, и от этого будет изменяться частота переменного тока, им генерируемого, то в синхронном двигателе такой роскоши нет. Синхронный двигатель вращается со скоростью изменения напряжения в сети, а оно у нас выдерживается строго в 50 герц.

Отличия и недостатки этих двигателей

Отличия синхронного и асинхронного двигателей ясны из их названий. Собственно, плюсы имеют и тот, и другой вариант конструкции. Ниже перечислены плюсы, которыми отличаются оба двигателя — синхронный и асинхронный.

Асинхронный двигатель отличается от синхронного следующими параметрами:

  • простота конструкции и невысокая стоимость;
  • нет скользящих контактов, надежность в эксплуатации;
  • напряжение прикладывается к неподвижным катушкам статора;
  • ротор очень прост по конструкции;
  • при запуске и разгоне постепенно наращивает мощность;
  • возможность реверсировать направление вращения, просто поменяв местами две питающих фазы;
  • при остановке движения (слишком большая механическая нагрузка на вал ротора) никакой аварии не происходит, может произойти перегрев беличьей клетки.

Отличия синхронного двигателя от асинхронного заключаются в следующем:

  • стабильная скорость вращения вне зависимости от нагрузки на вал;
  • невысокая чувствительность к перепадам напряжения в сети;
  • при уменьшении механической нагрузки способен по инерции работать как генератор, не забирая энергию, а отдавая ее в сеть;
  • высокий КПД;
  • способен компенсировать реактивную мощность сети.

Но у каждого имеются и присущие только ему недостатки.

Асинхронный имеет следующие отрицательные черты:

  • трудность регулировки частоты вращения;
  • невысокая частота вращения;
  • зависимость отставания частоты вращения от нагрузки на ось;
  • при работе ротор нагревается за счет короткозамкнутых токов — требуется дополнительное охлаждение.

Недостатки синхронного двигателя:

  • сложнее по конструкции;
  • в некоторых конструкциях для проводки тока возбуждения в обмотки ротора используется коллектор, как в двигателе постоянного тока;
  • труднее запускается.

Несмотря на различия, оба электрических двигателя нашли себе применение в технике и используются в самых разных исполнениях и размерах.

В данной статье рассмотрим принципиальные отличия синхронных электродвигателей от асинхронных, чтобы каждый читающий эти строки мог бы эти различия четко понимать.

Асинхронные электродвигатели более широко распространены сегодня, однако в некоторых ситуациях синхронные двигатели оказываются более подходящими, более эффективными для решения конкретных промышленных и производственных задач, об этом будет рассказано далее.

Прежде всего давайте вспомним, что же вообще такое электродвигатель. Электродвигателем называется электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращения ротора, и служащая в качестве привода для какого-нибудь механизма, например для приведения в действие подъемного крана или насоса.

Еще в школе всем рассказывали и показывали, как два магнита отталкиваются одноименными полюсами, а разноименными — притягиваются. Это постоянные магниты. Но существуют и переменные магниты. Каждый помнит рисунок с проводящей рамкой, расположенной между полюсами подковообразного постоянного магнита.

Горизонтально расположенная рамка, если по ней пустить постоянный ток, станет поворачиваться в магнитном поле постоянного магнита под действием пары сил (Сила Ампера), пока не будет достигнуто равновесие в вертикальном положении.

Если затем по рамке пустить постоянный ток противоположного направления, то рамка повернется дальше. В результате такого попеременного питания рамки постоянным током то одного, то другого направления, достигается непрерывное вращение рамки. Рамка здесь представляет собой аналог переменного магнита.

Приведенный пример с вращающейся рамкой в простейшей форме демонстрирует принцип работы синхронного электродвигателя. У любого синхронного электродвигателя на роторе есть обмотки возбуждения, на которые подается постоянный ток, формирующий магнитное поле ротора. Статор же синхронного электродвигателя содержит обмотку статора, для формирования магнитного поля статора.

При подаче на обмотку статора переменного тока, ротор придет во вращение с частотой, соответствующей частоте тока в обмотке статора. Частота вращения ротора будет синхронна частоте тока обмотки статора, поэтому такой электродвигатель называется синхронным. Магнитное поле ротора создается током, а не индуцируется полем статора, поэтому синхронный двигатель способен держать синхронные номинальные обороты независимо от мощности нагрузки, разумеется, в разумных пределах.

Асинхронный электродвигатель в свою очередь отличается от синхронного. Если вспомнить рисунок в рамкой, и рамку просто накоротко замкнуть, то при вращении магнита вокруг рамки, индуцируемый в рамке ток создаст магнитное поле рамки, и рамка будет стремиться догнать магнит.

Частота вращения рамки под механической нагрузкой будет всегда меньше частоты вращения магнита, и частота не будет поэтому синхронной. Этот простой пример демонстрирует принцип действия асинхронного электродвигателя.

В асинхронном электродвигателе вращающееся магнитное поле формируется переменным током обмотки статора, расположенной в его пазах. Ротор типичного асинхронного двигателя обмоток как таковых не имеет, вместо этого на нем расположены накоротко соединенные стержни (ротор типа «беличья клетка»), такой ротор называется короткозамкнутым ротором. Бывают еще асинхронные двигатели с фазным ротором, там ротор содержит обмотки, сопротивление и ток в которых можно регулировать реостатом.

Итак, в чем же принципиальное отличие асинхронного электродвигателя от синхронного? С виду внешне они похожи, порой даже специалист не отличит по внешним признакам синхронный электродвигатель от асинхронного. Главное же отличие заключается в устройстве роторов. Ротор асинхронного электродвигателя не питается током, а полюса на нем индуцирутся магнитным полем статора.

Ротор синхронного двигателя имеет обмотку возбуждения с независимым питанием. Статоры синхронного и асинхронного двигателя устроены одинаково, функция в каждом случае одна и та же — создание вращающегося магнитного поля статора.

Обороты асинхронного двигателя под нагрузкой всегда на величину скольжения отстают от вращения магнитного поля статора, в то время как обороты синхронного двигателя равны по частоте «оборотам» магнитного поля статора, поэтому если обороты должны быть постоянными при различных нагрузках, предпочтительней выбирать синхронный двигатель, например в приводе гильотинных ножниц лучше всего справится со своей задачей мощный синхронный двигатель.

Область применения асинхронных двигателей сегодня очень широка. Это всевозможные станки, транспортеры, вентиляторы, насосы, — все то оборудование, где нагрузка сравнительно стабильна, или снижение оборотов под нагрузкой не критично для рабочего процесса.

Некоторые компрессоры и насосы требуют постоянной частоты вращения при любой нагрузке, на такое оборудование ставят синхронные электродвигатели.

Синхронные двигатели дороже в производстве, чем асинхронные, поэтому если есть возможность выбора и небольшое снижение оборотов под нагрузкой не критично, приобретают асинхронный двигатель.

Синхронные электродвигатели широко применяются в электроприводах, не требующих регулирования частоты вращения. По сравнению с асинхронными двигателями они имеют ряд преимуществ:

более высокий коэффициент полезного действия;

возможность изготовления двигателей с низкой частотой вращения, что позволяет отказаться от промежуточных передач между двигателем и рабочей машиной;

частота вращения двигателя не зависит от нагрузки па его валу;

возможность использования в качестве компенсирующих устройств реактивной мощности.

Синхронные электродвигатели могут являться потребителями и генераторами реактивной мощности. Характер и значение реактивной мощности синхронного двигателя зависят от величины тока в обмотке возбуждения. Зависимость тока в обмотке, выдающей напряжение в электрическую сеть, от тока возбуждения носит название U-образной характеристики синхронного двигателя. При 100%-ной нагрузке на валу двигателя его косинус фи равен 1. При этом электродвигатель не потребляет реактивной мощности из электрической сети. Ток в обмотке статора при этом имеет минимальное значение.

Асинхронные двигатели — это двигатели, в процессе работы которых под нагрузкой наблюдается явление скольжения, то есть «отставание» вращения ротора от вращения магнитного поля статора. Другими словами, вращение ротора происходит не синхронно с вращением намагниченности статора, а асинхронно по отношению к этому движению. Вот почему такого рода двигатели называются асинхронными (не синхронными) двигателями.

В большинстве случаев, произнося словосочетание «асинхронный двигатель», имеют ввиду именно бесколлекторный двигатель переменного тока. Величина скольжения асинхронного двигателя может быть разной в зависимости от нагрузки, а также от параметров питания и способа управления токами обмотки статора.

Если мы имеем дело с обычным двигателем переменного тока, наподобие АИР712А, то при синхронной частоте вращения магнитного поля в 3000 оборотов в минуту, в условиях номинальной механической нагрузки на валу в 750 ватт, мы будем иметь реальную частоту вращения 2840 оборотов в минуту, а значит величина скольжения составит 0,053.

Это нормальное явление для асинхронного двигателя. И на справочной табличке мы не увидим круглых цифр оборотов, вроде 3000 или 1500, вместо них там будет указано 2730 или 1325. Вместо 1000 может быть написано например 860, несмотря на то, что магнитное поле во время работы двигателя вращается с частотой 1000 оборотов в минуту, как и должно быть в электрической машине с 3 парами магнитных полюсов, предназначенной для питания переменным током частотой 50 Гц.

Что касается двигателей постоянного тока, то в большинстве случаев так называют коллекторные двигатели, на скорость вращения ротора у которых влияет не частота тока, а его средняя величина. Датчик скорости может помочь электронной системе управления установить правильную величину тока для получения заданной скорости вращения, однако связь тока и оборотов здесь будет отнюдь не линейной, так как при разной нагрузке токи разной величины дадут очень разные частоты вращения ротора.

На роторе двигателя постоянного тока может располагаться многосекционная обмотка возбуждения или постоянные магниты. Но сегодня ротор с магнитами характерен скорее для шаговых двигателей, которые тоже относятся к двигателям постоянного тока, однако коллекторно-щеточных узлов не имеют. Как вариант разновидности конструкции мотора постоянного тока — магниты на статоре, а обмотка — на роторе.

Так или иначе, асинхронный бесколлекторный двигатель имеет мощную рабочую обмотку на статоре, которая в процессе работы разогревается от прохождения по ней рабочего тока, и передает тепло на корпус двигателя. Поэтому и обмотку и корпус двигателя необходимо все время активно охлаждать.

В связи с этой особенностью, большинство асинхронных двигателей по умолчанию имеют на своих валах крыльчатки вентиляторов, а на корпусах — выступы, вдоль которых вентилятор, как через радиатор, гонит свежий воздух, охлаждая таким образом статор. Поэтому, если перед вами двигатель, на валу которого установлен вентилятор (обычно под крышкой, закрепленной на корпусе двигателя), вдоль корпуса имеются ребра (как на радиаторе), а на шильдике указана конкретная величина оборотов в минуту и величины переменного напряжения 220/380 — пред вами типичный асинхронный двигатель переменного тока.

В двигателях постоянного тока, с коллекторно-щеточными узлами и с многосекционными многовитковыми обмотками на якарях, выведенными на ламели коллектора, в качестве рабочих обмоток выступают — и обмотка статора, и обмотка ротора (якоря).

Здесь фактически получается, что рабочая обмотка как-бы разделена на две части: рабочий ток идет и через якорную обмотку, и через статорную обмотку, поэтому проблема нагрева только статора отсутствует, и вентилятор здесь не нужен.

Для охлаждения достаточно вентиляционных отверстий, через которые можно разглядеть ротор с якорной обмоткой на нем. Поэтому, если перед вами двигатель с коллекторно-щеточным узлом, где коллектор имеет множество ламелей (блестящих пластинок) с выводами от обмоток, и вентилятора словно бы и не предусмотрено — перед вами двигатель постоянного тока.

Статор двигателя постоянного тока может представлять собой набор постоянных магнитов. Большинство двигателей постоянного тока, рассчитанных на сетевое напряжение, будут легко работать и от переменного тока (пример такого универсального мотора — мотор болгарки).

Синхронный и асинхронный генератор

Электричество есть  везде. Уже настал тот день, когда с этим сложно спорить. Даже там, куда не дотянулась централизованная электросеть, вовсю используются дизельные и бензиновые генераторы, которые получили широкое распространение не так давно, несмотря на почти двухсотлетнюю историю. Сегодня ассортимент генераторов очень велик, и существует множество способов их классификации, один из которых – классификация по степени синхронизации.

Применительно к электрогенераторам, синхронизация – это совмещение частоты вращения ротора и магнитного поля статора. Соответственно, если частота их вращения совпадает, такой генератор будет называться синхронным, а если нет, то асинхронным.

Синхронный генератор

Как известно, в дизельном или бензиновом генераторе электрический ток образуется после прохождения вращающегося магнитного поля через обмотку. При этом в синхронном электрогенераторе ротор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. После запуска генератора он создаёт вокруг себя слабое магнитное поле, которое с увеличением оборотов становится сильнее. В конце концов, число оборотов ротора и магнитного поля синхронизируются, что позволяет получить на выходе наиболее стабильный ток.

В отличие от асинхронного генератора, синхронный агрегат уязвим при перегрузках, поскольку превышение допустимой нагрузки может вызвать сильный скачок напряжения в обмотке ротора. С другой стороны, важным преимуществом синхронного генератора является его способность кратковременно выдавать ток мощностью в 3-4 раза выше номинального, что позволяет подключать к нему такие устройства, как насосы, компрессоры, холодильники и т.д. Иными словами, он предназначен для электроприборов с высокими стартовыми токами. Несмотря на свою уязвимость, стоимость синхронных генераторов выше, чем асинхронных устройств.

Асинхронный генератор

Асинхронный генератор работает в режиме торможения: ротор вращается в одном направлении со статором, но скорость его вращения изначально выше. При этом частота вращения магнитного поля всегда остаётся неизменной, а регулированию поддаётся лишь скорость вращения ротора. Такие генераторы малоуязвимы при коротком замыкании и хорошо защищены от внешних воздействий (пыли, низкой температуры, влаги и т.д.).

Недостатками асинхронного генератора можно назвать обязательное наличие конденсаторов и зависимость частоты выходного тока от стабильности работы дизельного или бензинового двигателя. При этом стоимость такого устройства ниже, чем синхронного, но применяется оно реже. Асинхронные генераторы рекомендуется использовать для подключения устройств, не требующих высокого стартового напряжения и устойчивых к его перепадам.

Достоинства и недостатки синхронных электродвигателей

Синхронные двигатели получили широкое распространение в промышленности для электроприводов, работающих с постоянной скоростью.Можно встретить синхронные электродвигатели также в качестве привода насосов большой мощности длительного режима работы. В последнее время, вследствие появления преобразовательной полупроводниковой техники, разрабатываются регулируемые синхронные электроприводы (с частотными преобразователями), уже существуют сервоприводы с синхронными электродвигателями. Все это существенно расширяет сферу применения синхронных электродвигателей в наше время. Ну и кроме этого, очень распространены маломощные синхронные двигатели, которые используются в различной бытовой технике, часах и других приборах.

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося переменного магнитного поля якоря и постоянных магнитных полей полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях. как в тех, что ставят в универсальные соковыжималки  в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт), в маломощных — постоянные магниты. Именно конструкция ротора и определяет наиболее существенное отличие синхронных электродвигателей от асинхронных.

Двигатель требует разгона до номинальной скорости вращения, прежде чем сможет работать самостоятельно. При такой скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора — это называется «вошёл в синхронизм».
Для разгона обычно используется асинхронный режим, когда обмотки индуктора замыкаются через реостат или накоротко. После выхода на номинальную скорость индуктор запитывают постоянным током от выпрямителя. 
В двигателях с постоянными магнитами применяется внешний разгонный двигатель (обычно асинхронный). Для асинхронного двигателя применяется устройство плавного пуска. 
Существуют комбинированные варианты, в которых на роторе, вместе с постоянными или электромагнитами, установлены короткозамкнутые обмотки. Иногда на валу ставят небольшой генератор постоянного тока, который питает электромагниты. 

Также используется частотный пуск, когда частоту тока якоря постепенно увеличивают от очень малых до номинальных величин. Возможен и обратный вариант, когда частоту индуктора понижают от номинальной до 0, т.е. до постоянного тока.Достоинства синхронных электродвигателей
Синхронный двигатель несколько сложнее, чем асинхронный, но обладает рядом преимуществ, что позволяет применять его в ряде случаев вместо асинхронного.
1. Основным достоинством синхронного электродвигателя является возможность получения оптимального режима по реактивной энергии, который осуществляется путем автоматического регулирования тока возбуждения двигателя. Синхронный двигатель может работать, не потребляя и не отдавая реактивной энергии в сеть, при коэффициенте мощности (cos фи) равным единице. В этих условиях работающий синхронный двигатель нагружает сеть только активным током. По этой причине обмотка статора синхронного двигателя рассчитывается на один активный ток (у асинхронного двигателя эта обмотка рассчитывается на активный и реактивный токи). По этой причине при одинаковой номинальной мощности габариты синхронного двигателя меньше, а его к.п.д. выше, чем асинхронного.
Если же для предприятия необходима выработка реактивной энергии, то синхронный электродвигатель, работая с перевозбуждением, может отдавать ее в сеть. Если ток возбуждения синхронного двигателя существенно меньше номинального, то магнитный поток ротора индуктирует в обмотке статора э.д.с., меньшую, чем напряжение сети – это условие, когда двигатель недовозбужден. Помимо активного тока, он нагружает сеть реактивным током, отстающим по фазе от напряжения на четверть периода, как намагничивающий ток асинхронного электродвигателя. Но если постоянный ток возбуждения больше номинального, то э.д.с. больше напряжения сети – двигатель перевозбужден. Он нагружает сеть, кроме активного тока, реактивным током, опережающим по фазе напряжение сети, совершенно также как емкостной ток конденсатора. Следовательно, перевозбужденный синхронный двигатель может подобно емкости улучшать общий cos? промышленного предприятия, снижаемый индуктивными токами асинхронных двигателей. 
2. Синхронные электродвигатели менее чувствительны к колебаниям напряжения сети, чем асинхронные электродвигатели. Их максимальный момент пропорционален напряжению сети, в то время как критический момент асинхронного электродвигателя пропорционален квадрату напряжения. 
3. Синхронные электродвигатели имеют высокую перегрузочную способность. Кроме того, перегрузочная способность синхронного двигателя может быть автоматически увеличена за счет повышения тока возбуждения, например, при резком кратковременном повышении нагрузки на валу двигателя. 
4. Скорость вращения синхронного двигателя остается неизменной при любой нагрузке на валу в пределах его перегрузочной способности.

12. Электрические машины переменного тока

12.6. Синхронные двигатели.


Конструкция, принцип действия

       В отличие от асинхронного двигателя частота вращения синхронного двигателя
постоянная при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компресоры, вентиляторы).
      В статоре синхронного электродвигателя размещается обмотка, подключаемая к сети трехфазного тока и образующая вращающееся магнитное поле. Ротор двигателя состоит из сердечника с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения через контактные кольца подключается к источнику постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитное поле, намагничивающее ротор.
       Роторы синхронных машин могут быть явнополюсными (с явновыраженными полюсами) и неявнополюсными (с неявновыраженными полюсами). На рис. 12.10а изображен сердечник 1 явнополюсного ротора с выступающими полюсами. На полюсах размещены катушки возбуждения 2. На рисунке 12.10б изображен неявнополюсной ротор, представляющий собой ферромагнитный цилиндр 1. На поверхности ротора в осевом направлении фрезеруют пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения 2.

Рис. 12.10

       Рассмотрим принцип работы синхронного двигателя на модели (рис. 12.11).

Рис. 12.11

     Вращающееся магнитное поле статора представим в виде магнита 1. Намагниченный ротор изобразим в виде магнита 2. Повернем магнит 1 на угол α. Северный магнитный полюс магнита 1 притянет южный полюс магнита 2, а южный полюс магнита 1 — северный полюс магнита 2. Магнит 2 повернется на такой же угол α. Будем вращать магнит 1. Магнит 2 будет вращаться вместе с магнитом 1, причем частоты вращения обоих магнитов будут одинаковыми, синхронными,
n2 = n1.
       Синхронный двигатель, на роторе которого отсутствует обмотка возбуждения, называется синхронным реактивным двигателем.
       Ротор синхронного реактивного двигателя изготавливается из ферромагнитного материала и должен иметь явновыраженные полюсы. Вращающееся магнитное поле статора намагничивает ротор. Явнополюсный ротор имеет неодинаковые магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям полюса. Силовые линии магнитного поля статора изгибаются, стремясь пройти по пути с меньшим магнитным сопротивлением. Деформация магнитного поля вызовет, вследствие упругих свойств силовых линий, реактивный момент, вращающий ротор синхронно с полем статора.
       Если к вращающемуся ротору приложить тормозной момент, ось магнитного поля ротора повернется на угол θ относительно оси магнитного поля статора.
       С увеличением нагрузки этот угол возрастает. Если нагрузка превысит некоторое допустимое значение, двигатель остановится, выпадет из синхронизма.
       У синхронных двигателей отсутствует пусковой момент. Это объясняется тем, что электромагнитный вращающий момент, воздействующий на неподвижный ротор, меняет свое направление два раза за период Т переменного тока. Из-за своей инерционности, ротор не успевает тронуться с места и развить необходимое число оборотов.
       В настоящее время применяется асинхронный пуск синхронного двигателя. В пазах полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка.
       Вращающее магнитное поле статора индуктирует в короткозамкнутой пусковой обмотке вихревые токи. При взаимодействии этих токов с магнитным полем статора образуется асинхронный электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение. Когда частота вращения ротора приближается к частоте вращения статорного поля, двигатель втягивается в синхронизм и вращается с синхронной скоростью. Короткозамкнутая обмотка не перемещается относительно поля, вихревые токи в ней не индуктируются, асинхронный пусковой момент становится равным нулю.

Дизельный генератор — Синхронный и асинхронный электродвигатель

Синхронный и асинхронный электродвигатель

Отличия асинхронного двигателя от синхронного
Синхронный двигатель
Вращающееся магнитное поле, создаваемое расположенными на статоре обмотками с током, взаимодействует с токами ротора, приводя его во вращение. Наибольшее распространение в настоящее время получил асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором ввиду своей простоты и надежности. В пазах ротора такой машины размещены токонесущие медные или алюминиевые стержни. Концы всех стержней с обоих торцов ротора соединены медными или алюминиевыми же кольцами, которые замыкают стержни накоротко. Отсюда и произошло такое название ротора.
Асинхронный двигатель

В короткозамкнутой обмотке ротора под действием ЭДС, вызываемой вращающимся полем статора, возникают вихревые токи. Взаимодействуя с полем, они вовлекают ротор во вращение со скоростью , принципиально меньшей скорости вращения поля 0. Отсюда название двигателя — асинхронный .
называется относительным скольжением. Для двигателей нормального исполнения S=0,02…0,07. Неравенство скоростей магнитного поля и ротора становится очевидным, если учесть, что при вращающееся магнитное поле не будет пересекать токопроводящих стержней ротора и, следовательно, в них не будут наводиться токи, участвующие в создании вращающегося момента.

Принципиальное отличие синхронного двигателя от асинхронного заключается в исполнении ротора. Последний у синхронного двигателя представляет собой магнит, выполненный (при относительно небольших мощностях) на базе постоянного магнита или на основе электромагнита. Поскольку разноименные полюсы магнитов притягиваются, то вращающееся магнитное поле статора, которое можно интерпретировать как вращающийся магнит, увлекает за собой магнитный ротор, причем их скорости равны. Это объясняет название двигателя – синхронный .

В заключение отметим, что в отличие от асинхронного двигателя , у которого обычно не превышает 0,8…0,85, у синхронного двигателя можно добиться большего значения и сделать даже так, что ток будет опережать напряжение по фазе. В этом случае, подобно конденсаторным батареям, синхронная машина используется для повышения коэффициента мощности.

Асинхронные двигатели имеют простую конструкцию и надежны в эксплуатации. Недостатком асинхронных двигателей является трудность регулирования их частоты вращения.
Чтобы реверсировать трехфазный асинхронный двигатель (изменить направление вращения двигателя на противоположное), необходимо поменять местами две фазы, то есть поменять местами два любых линейных провода, подходящих к обмотке статора двигателя .
Т.е это достаточно дешевый двигатель /, который применяется везде, синхронную машину найти крайне тяжело.

В отличие от асинхронного двигателя частота вращения синхронного двигателя
постоянная при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компресоры, вентиляторы) ими легко управлять.

 Отличить можно по кол-ву оборотав на табличке (если там явно неуказан тип машины), у ассинхронников не круглое число оборотов, 950 об/мин у синхронной машины 1000 об/мин.

Информация о Дизельных генераторах

Асинхронный двигатель

и синхронный: в чем разница?

Все вращающиеся электродвигатели переменного и постоянного тока работают за счет взаимодействия двух магнитных полей. Один является стационарным и (обычно) связан с внешним корпусом двигателя. Другой вращается и связан с вращающимся якорем двигателя (также называемым его ротором). Вращение вызвано взаимодействием между двумя полями.

В простом двигателе постоянного тока имеется вращающееся магнитное поле, полярность которого меняется каждые пол-оборота с помощью комбинации щетка-коллектор.Щетки — в основном токопроводящие углеродные стержни, которые касаются проводников на роторе при их вращении — также служат для передачи электрического тока во вращающийся якорь. Ситуация немного отличается в бесщеточном двигателе постоянного тока. Вращающееся поле по-прежнему реверсируется, но за счет коммутации, которая происходит электронным способом.

Уникальное качество асинхронного двигателя заключается в отсутствии электрического соединения между неподвижной и вращающейся обмотками. Сеть переменного тока подается на клеммы двигателя и питает стационарные обмотки.

Все асинхронные двигатели являются асинхронными. Асинхронное прозвище возникает из-за скольжения между скоростью вращения поля статора и несколько более низкой скоростью ротора.

Короткозамкнутый ротор от асинхронного двигателя. Этот пример из небольшого вентилятора.

Большинство современных асинхронных двигателей имеют ротор в виде беличьей клетки. Цилиндрическая беличья клетка состоит из тяжелых медных, алюминиевых или латунных стержней, вставленных в канавки и соединенных с обоих концов проводящими кольцами, которые электрически закорачивают стержни друг с другом.Сплошной сердечник ротора состоит из пакетов пластин из электротехнической стали.

Также можно найти асинхронные двигатели, роторы которых состоят из обмоток, а не из беличьей клетки. Их называют асинхронными двигателями с фазным ротором. Суть конструкции состоит в том, чтобы обеспечить средства снижения тока ротора, когда двигатель впервые начинает вращаться. Обычно это достигается путем последовательного соединения каждой обмотки ротора с резистором. Обмотки получают ток через какое-то контактное кольцо.Как только ротор достигает конечной скорости, полюса ротора переключаются на короткое замыкание, таким образом, электрически он становится таким же, как ротор с короткозамкнутым ротором.

Неподвижная часть обмоток асинхронного двигателя (статор) подключается к сети переменного тока. Приложение напряжения к статору вызывает протекание переменного тока в обмотках статора. Протекание тока индуцирует магнитное поле, которое воздействует на ротор, создавая напряжение и ток в элементах ротора.

Северный полюс статора индуцирует южный полюс ротора.Но положение полюса статора меняется, когда переменное напряжение меняется по амплитуде и полярности. Индуцированный полюс ротора пытается следовать за вращающимся полюсом статора. Однако закон Фарадея гласит, что электродвижущая сила возникает, когда петля провода перемещается из области с низкой напряженностью магнитного поля в область с высокой напряженностью магнитного поля и наоборот. Если бы ротор точно следовал за движущимся полюсом статора, напряженность магнитного поля не изменилась бы. Таким образом, ротор всегда отстает от вращения поля статора, потому что поле ротора всегда на некоторую величину отстает от поля статора.Это отставание заставляет ротор вращаться со скоростью, несколько меньшей, чем у поля статора. Разница между ними называется скольжением.

Величина скольжения может варьироваться. Это зависит в основном от нагрузки, которую приводит двигатель, но также зависит от сопротивления цепи ротора и силы поля, которое индуцирует поток статора. Скольжение в двигателе конструкции B колеблется от 0,5% до 5%.

Когда двигатель стоит, обмотки ротора и статора фактически являются первичной и вторичной обмотками трансформатора.Когда переменный ток изначально подается на статор, ротор не движется. Таким образом, напряжение, индуцируемое в роторе, имеет ту же частоту, что и в статоре. Когда ротор начинает вращаться, частота наведенного в нем напряжения f r падает. Если f — частота напряжения статора, то скольжение, s, связывает их через f r = sf. Здесь s выражается десятичной дробью.

Поскольку асинхронный двигатель не имеет щеток, коллектора или подобных движущихся частей, его производство и обслуживание дешевле, чем двигателей других типов.

В отличие от этого, рассмотрим синхронный двигатель. Здесь ротор вращается с той же скоростью, то есть синхронно, с магнитным полем статора. Как и асинхронный двигатель, синхронный двигатель переменного тока также содержит статор и ротор. Обмотки статора также подключаются к сети переменного тока, как в асинхронном двигателе. Магнитное поле статора вращается синхронно с частотой сети.

Обмотка ротора синхронного двигателя может получать ток различными способами, но обычно не индукционным (за исключением некоторых конструкций, только для обеспечения пускового момента).Тот факт, что ротор вращается синхронно с частотой сети переменного тока, делает синхронный двигатель полезным для привода высокоточных часов.

Следует подчеркнуть, что ротор синхронного двигателя переменного тока вращается синхронно за целое число циклов переменного тока. Это не то же самое, что сказать, что он вращается со скоростью, равной частоте сети. Число оборотов ротора двигателя, т. е. синхронная скорость N, составляет:

N = 120f/P = 60 f/P

Где f — частота сети переменного тока в Гц, P — количество полюсов (на фазу), а p — количество пар полюсов на фазу.

Соответственно, чем больше полюсов, тем медленнее вращается синхронный двигатель. При равной мощности построить более медленный двигатель дороже. При 60 Гц:

  • Двухполюсный/фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 3600 об/мин.
  • Четырехполюсный/фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 1800 об/мин.
  • Шестиполюсный/фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 1200 об/мин.
  • Восьмиполюсный/фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 900 об/мин
  • Десятиполюсный/фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 720 об/мин.
  • Двенадцатиполюсный/фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 600 об/мин.
Промышленный синхронный двигатель.

Синхронные двигатели переменного тока с малой мощностью в несколько лошадиных сил полезны там, где требуется точная синхронизация. Синхронные двигатели переменного тока высокой мощности, хотя и дороже трехфазных асинхронных двигателей, обладают двумя дополнительными качествами. Несмотря на более высокую первоначальную стоимость, они могут оказаться полезными в долгосрочной перспективе, поскольку они более энергоэффективны, чем другие типы двигателей. Во-вторых, иногда одновременно они могут работать с опережающим или единичным коэффициентом мощности, поэтому один или несколько синхронных двигателей переменного тока могут обеспечивать коррекцию коэффициента мощности, одновременно выполняя полезную работу.

Существует несколько различных типов синхронных двигателей переменного тока. Они обычно классифицируются в соответствии с их средствами создания магнитного поля. У двигателей с независимым возбуждением магнитные полюса питаются от внешнего источника. Напротив, магнитные полюса возбуждаются самим двигателем в машине с самовозбуждением (также иногда называемой невозбуждаемой и непосредственно возбуждаемой) машиной. К типам без возбуждения относятся реактивные двигатели, двигатели с гистерезисом и двигатели с постоянными магнитами. Кроме того, существуют двигатели с возбуждением постоянного тока.

Синхронные двигатели без возбуждения имеют стальные роторы. Во время работы ротор намагничивается необходимыми магнитными полюсами аналогично асинхронному двигателю. Но ротор вращается с той же скоростью и синхронно с вращающимся магнитным полем статора. Причина в том, что в роторе есть прорези. Двигатели запускаются как асинхронные двигатели. Когда они приближаются к синхронной скорости, пазы позволяют синхронному магнитному полю фиксироваться на роторе. Затем двигатель вращается с синхронной скоростью до тех пор, пока требуемый крутящий момент невелик.

В реактивном двигателе ротор имеет выступающие полюса, которые напоминают отдельные зубья. Число полюсов ротора меньше, чем полюсов статора, что препятствует выравниванию полюсов статора и ротора, в результате чего вращения не будет. Реактивные двигатели не запускаются самостоятельно. По этой причине в ротор часто встраивают специальные обмотки (называемые обмотками с короткозамкнутым ротором), поэтому реактивный двигатель запускается как асинхронный двигатель.

В гистерезисном двигателе используется широкая петля гистерезиса в роторе из кобальтовой стали с высокой коэрцитивной силой.Из-за гистерезиса фаза намагниченности в роторе отстает от фазы вращающегося магнитного поля статора. Это отставание создает крутящий момент. При синхронной скорости поля ротора и статора блокируются, обеспечивая непрерывное вращение. Одним из преимуществ гистерезисного двигателя является то, что он запускается автоматически.

Синхронный двигатель переменного тока с постоянными магнитами имеет постоянные магниты, встроенные в ротор. Последние лифты приводятся в действие этими двигателями, и редуктор не требуется.

Пример двигателя с электронным управлением на постоянных магнитах, в данном случае от небольшого вентилятора.Этот тип называется аутраннером, потому что ротор находится снаружи статора и встроен в лопасти вентилятора. Это четырехполюсный двигатель, о чем свидетельствуют четыре обмотки статора (внизу). Также виден датчик Холла, который обеспечивает часть электронной коммутации.

Синхронный двигатель с прямым возбуждением может называться по-разному, включая ECPM (электронно-коммутируемый постоянный магнит), BLDC (бесщеточный двигатель постоянного тока) или просто бесщеточный двигатель с постоянными магнитами. Ротор содержит постоянные магниты.Магниты могут устанавливаться на поверхности ротора или вставляться в узел ротора (в этом случае двигатель называется двигателем с внутренними постоянными магнитами).

Пример того, как катушки двигателя постоянного тока получают питание в последовательности, которая приводит в движение ротор.

Компьютер управляет последовательным включением питания на обмотках статора в нужное время с помощью полупроводниковых переключателей. Мощность подается на катушки, намотанные на зубья статора, и если выступающий полюс ротора идеально выровнен с зубцом статора, крутящий момент не создается.Если зубец ротора находится под некоторым углом к ​​зубцу статора, по крайней мере, некоторый магнитный поток пересекает зазор под углом, не перпендикулярным поверхностям зубьев. Результатом является крутящий момент на роторе. Таким образом, переключение питания на обмотки статора в нужное время вызывает картину потока, которая приводит к движению либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки.

Еще одним типом синхронного двигателя является вентильно-реактивный двигатель (SR).
Его ротор состоит из стальных пластин с набором зубьев.Зубцы магнитопроницаемы, а окружающие их участки слабопроницаемы за счет прорезанных в них пазов.

В отличие от асинхронных двигателей, в роторе нет стержней ротора и, следовательно, в роторе не протекает ток, создающий крутящий момент. Отсутствие проводника какой-либо формы на роторе SR означает, что общие потери в роторе значительно ниже, чем в других двигателях с роторами, несущими проводники.

Крутящий момент, создаваемый двигателем SR, регулируется путем регулировки величины тока в электромагнитах статора.Затем скорость регулируется путем модуляции крутящего момента (посредством тока обмотки). Этот метод аналогичен тому, как скорость регулируется током якоря в традиционном щеточном двигателе постоянного тока.

Двигатель SR создает крутящий момент, пропорциональный величине тока, подаваемого на его обмотки. Производство крутящего момента не зависит от скорости двигателя. Это отличается от асинхронных двигателей переменного тока, где при высоких скоростях вращения в области ослабления поля ток ротора все больше отстает от вращающегося поля по мере увеличения оборотов двигателя.

Наконец, синхронный двигатель переменного тока с возбуждением от постоянного тока. Для создания магнитного поля требуется выпрямленный источник питания. Эти двигатели, как правило, имеют мощность более одной лошадиной силы.

12 основных различий между асинхронным двигателем и синхронным двигателем

Двигатель переменного тока — это просто электромеханическая схема, которая преобразует электрическую энергию в механическую. Эта механическая энергия используется либо в промышленных, либо в бытовых целях. По принципу действия двигатели переменного тока можно разделить на два типа.т. е. асинхронные и синхронные двигатели. Если эти названия вам незнакомы, не беспокойтесь и продолжайте читать эту статью, чтобы узнать разницу между асинхронным и синхронным двигателем.

Ключевые различия между асинхронным двигателем и синхронным двигателем

В таблице ниже приведены краткие различия между асинхронным двигателем и синхронным двигателем.

СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ИНДУКЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Это машина с двойным возбуждением. Это машина с однократным возбуждением.
Для запуска синхронного двигателя необходимы источники переменного и постоянного тока. Для запуска асинхронного двигателя достаточно только источника переменного тока.
Статор двигателя питается от источника переменного тока, а ротор питается от источника постоянного тока. Здесь питание переменного тока подается только на статор.
Двигатель всегда работает на синхронной скорости. Двигатель всегда работает со скоростью ниже синхронной.
Работает по принципу магнитного замка. Работает по принципу электромагнитной индукции.
Скорость двигателя не зависит от нагрузки. Скорость двигателя зависит от нагрузки. По мере увеличения нагрузки скорость двигателя уменьшается.
Самозапуск невозможен. Самозапускающийся двигатель.
Для работы двигателя не требуется относительного движения между статором и ротором. Для работы двигателя необходимо относительное движение статора и ротора.
Синхронный двигатель может работать с единичным, отстающим и опережающим коэффициентом мощности. Асинхронный двигатель работает только с отстающим коэффициентом мощности.
Синхронный двигатель также может использоваться для коррекции коэффициента мощности помимо питания механических нагрузок. Асинхронный двигатель используется только для привода механических нагрузок.
При той же мощности и номинальном напряжении синхронный двигатель более эффективен. Его КПД ниже по сравнению с синхронным двигателем при той же мощности и номинальном напряжении.
При одинаковых характеристиках синхронный двигатель дороже, чем асинхронный. Асинхронный двигатель дешевле синхронного.

Давайте узнаем об обоих этих двигателях, начиная с некоторых основных терминов двигателей переменного тока.

Основные термины двигателей переменного тока

  • Статор: Статор — это неподвижная часть машины.Он обеспечивает механическую поддержку, а также защищает двигатель от внешней среды. Обмотки на его внутренней периферии создают вращающееся магнитное поле при подаче на них питания переменного тока.
  • Ротор: Ротор — это вращающаяся часть двигателя. Это важная часть, где происходит электромеханическое преобразование энергии.
  • Синхронная скорость: Это скорость, с которой вращается магнитное поле статора. Синхронная скорость всегда остается постоянной.Это зависит только от частоты питания переменного тока и количества полюсов статора. Используя простую формулу, мы можем определить синхронную скорость (N) двигателя. Если мы обозначим частоту питания через (f) и полюса статора через (p), то синхронная скорость (N) составит N = (120*f)/p . Теперь, если двигатель имеет четыре полюса и частота входящего переменного тока составляет 50 Гц, то подстановка этих значений в приведенную выше формулу N = (120 * 50)/4 дает 1500. Таким образом, синхронная скорость этого двигателя составляет 1500 об/мин.

**Если вы хотите узнать, как работает двигатель переменного тока, прочтите подробную статью здесь Работа двигателя переменного тока.

Итак, давайте начнем обсуждение двигателей переменного тока с синхронным двигателем.

Синхронный двигатель

Статор синхронного двигателя

Двигатель, ротор которого вращается с синхронной скоростью, называется синхронным двигателем. Так, в синхронных двигателях и вращающееся магнитное поле, и ротор вращаются с синхронной скоростью. Даже изменение механической нагрузки, подключенной к этому двигателю, не изменяет скорость двигателя. Другими словами, скорость двигателя всегда остается постоянной.Но, теперь возникает вопрос, как это происходит?

Ротор синхронного двигателя

Возбуждение синхронного двигателя

Обмотка якоря покрывает всю внутреннюю периферию статора, а ротор содержит обмотку возбуждения. Для работы с постоянной скоростью этому двигателю требуется два источника питания: источник переменного тока для питания обмотки якоря и источник постоянного тока для возбуждения обмотки возбуждения. Следовательно, он также известен как машина с двойным возбуждением.

Двойное возбуждение синхронного двигателя

Работа синхронного двигателя

Синхронный двигатель работает по принципу магнитного притяжения.Как только статор получает питание переменного тока, в воздушном зазоре двигателя возникает вращающееся магнитное поле. Возбуждение ротора источником постоянного тока создает электромагнит с фиксированной полярностью, как показано на рисунке.

Формирование фиксированных полюсов в роторе

Теперь рассмотрим момент, когда северный полюс вращающегося магнитного поля пересекает южный полюс электромагнита, как показано на рисунке.

В отличие от полюсов статора и ротора близко друг к другу

Таким образом, между разноименными полюсами статора и ротора возникает сила притяжения.Теперь, когда магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью, оно будет тянуть за собой полюса ротора.

Движение ротора в направлении вращающегося магнитного поля

Вследствие этого ротор начинает вращаться синхронно с вращающимся магнитным полем. И, следовательно, ротор всегда работает с синхронной скоростью.

Приложения

  • Заводы, электростанции и подстанции требуют синхронного двигателя для улучшения коэффициента мощности.
  • Используются для регулирования уровня напряжения на концах линий электропередачи.
  • Синхронные двигатели идеально подходят для нагрузок с постоянной скоростью. Сюда входят вентиляторы, воздуходувки, компрессоры, поршневые насосы, резиновые и бумажные фабрики.

Асинхронный двигатель

Статор асинхронного двигателя

Ротор асинхронного двигателя вращается со скоростью, отличной от синхронной. Другими словами, существует относительное движение между вращающимся магнитным полем и ротором. Вот почему этот двигатель также известен как асинхронный двигатель. Скорость асинхронного двигателя уменьшается по мере увеличения механической нагрузки на него.Итак, в чем основное различие между асинхронным двигателем и синхронным двигателем?

Ротор асинхронного двигателя

**Изображение предоставлено Википедией

Возбуждение асинхронного двигателя

Статор содержит пазы для равномерно распределенной обмотки возбуждения асинхронного двигателя, а ротор несет обмотку якоря. Разница между возбуждением асинхронного двигателя и синхронного двигателя заключается в том, что асинхронный двигатель представляет собой машину с однократным возбуждением.Это означает, что для его работы достаточно одного источника.

Работа асинхронного двигателя

Когда статор получает питание переменного тока, асинхронный двигатель также создает вращающееся магнитное поле в воздушном зазоре двигателя. При вращении эти силовые линии магнитного поля взаимодействуют с проводниками ротора, как показано на рисунке.

Взаимодействие вращающегося магнитного поля с проводником ротора

Согласно закону Фарадея скорость изменения магнитного поля индуцирует напряжение в этих проводниках.Когда проводники ротора образуют замкнутый путь, цепь замыкается, и в проводнике ротора начинает течь ток.
По закону Лоренца на проводник действует сила, как показано на рисунке.

Направление силы на проводнике ротора

Генерируемая сила действует ортогонально как направлению магнитного поля, так и направлению тока. Это заставляет ротор двигаться с вращающимся магнитным полем.

Движение ротора в направлении вращающегося магнитного поля

В асинхронном двигателе ротор вращается с меньшей скоростью по сравнению с синхронной скоростью.т. е. всегда существует относительное движение между вращающимся магнитным полем и ротором.

Приложения

  • Асинхронные двигатели идеально подходят для приложений с высоким крутящим моментом.
  • Асинхронный двигатель эффективен в работе бытовых приборов, а именно, насосов, небольших вентиляторов, миксеров, игрушек, сверлильных станков и т. д.
  • Асинхронные двигатели удовлетворяют почти более 90% требований к механической мощности в промышленности.

Читать похожие статьи:

| Двигатель постоянного тока Принцип работы, конструкция и объяснение схемы

| Генератор постоянного тока Принцип работы, конструкция и объяснение схемы

Разница между асинхронным двигателем и синхронным двигателем

С.нет.

Синхронный двигатель

Асинхронный двигатель

1.
Это не самозапуск.
Это самозапуск.
2.
Строительство сложное.
Конструкция проста, особенно в случае двигателя с короткозамкнутым ротором.
3.
Он работает с постоянной скоростью, т. е. синхронной скоростью независимо от нагрузки.
Он не может работать на синхронной скорости. Скорость уменьшается по мере увеличения нагрузки.
4.
Регулировка скорости невозможна.
Возможна регулировка скорости.
5.
Это машина с двойным возбуждением и требует возбуждения постоянным током.
Это машина с однократным возбуждением и не требует возбуждения постоянным током.
6.
Он может работать с широким диапазоном коэффициентов мощности как с опережением, так и с отставанием.
Он всегда работает с запаздывающим коэффициентом мощности.
7.
Используется для питания механических нагрузок, а также для к.ф. улучшение.
Он используется только для питания механических нагрузок.
8.
Его крутящий момент менее чувствителен к изменению напряжения питания.
Его крутящий момент более чувствителен к изменению напряжения питания.
9.
Охота начинается при резком изменении нагрузки.
Феномен охоты отсутствует.
10.
Это очень дорого и требует обслуживания.
Это дешевле и почти не требует обслуживания, особенно в случае двигателей с короткозамкнутым ротором.

Разница между асинхронным двигателем и синхронным двигателем

Основное отличие — асинхронный двигатель и синхронный двигатель

Асинхронные двигатели и синхронные двигатели — это два разных типа двигателей переменного тока. Они оба содержат статор, который создает вращающееся магнитное поле, и ротор, который вращается в ответ на это. Основное различие между асинхронным двигателем и синхронным двигателем заключается в том, что в синхронных двигателях роторы вращаются с той же скоростью, с которой вращается магнитное поле , тогда как роторы асинхронных двигателей вращаются с меньшей скоростью, чем у вращающееся магнитное поле .

Что такое синхронный двигатель

Синхронный двигатель состоит из статора (неподвижная часть), который имеет обмотки, на которые подается 3-х фазный источник переменного тока. Обмотки подключены к источнику питания таким образом, что при изменении фаз переменного тока вокруг статора образуется вращающееся магнитное поле. Ротор (вращающаяся часть) синхронного двигателя питается постоянным током, так что он образует электромагнит, магнитное поле которого не меняется со временем.Когда двигатель работает, магнитное поле ротора взаимодействует с вращающимся магнитным полем статора, а сам ротор вращается так, что его магнитные полюса «заперты» с притягивающим магнитным полюсом в статоре.

Однако вначале магнитное поле, создаваемое статором, вращается так быстро, что ротор не успевает за вращением из-за собственной инерции. Другими словами, синхронные двигатели не являются самозапускающимися . Чтобы решить эту проблему, можно использовать роторы с короткозамкнутым ротором .Когда эти роторы помещаются во вращающееся магнитное поле, в конструкции с короткозамкнутым ротором индуцируются токи. Эти токи создают собственное магнитное поле, которое взаимодействует с вращающимся магнитным полем , заставляя клетку испытывать силу. В результате «беличья клетка» тоже начинает вращаться. Поскольку ротор прикреплен к беличьей клетке, ротор также начинает вращаться. Когда ротор начинает вращаться со скоростью, близкой к скорости вращения магнитного поля, включается постоянный ток на статоре.Теперь ротор движется со скоростью, достаточной для того, чтобы его магнитное поле синхронизировалось с магнитным полем статора. Как только они заблокированы, ротор может продолжать вращаться вместе с вращающимся магнитным полем.

Другой способ заставить ротор вращаться со скоростью, близкой к скорости магнитного поля, — подключить ротор к внешнему двигателю. Еще раз, когда ротор достигает достаточно близкой скорости, его ток включается, чтобы его магнитное поле могло синхронизироваться с вращающимся магнитным полем статора.

Ротор в синхронном двигателе вращается с той же скоростью, что и скорость вращающегося магнитного поля, поэтому двигатель называется синхронным . Число оборотов, которое магнитное поле вращает в минуту, называется синхронной скоростью () и определяется через частоту переменного тока и число полюсов статора, подключенного к одной из трех фаз, формулой :

Видео ниже дает хорошее объяснение того, как работает синхронный двигатель.

Что такое асинхронный двигатель

Настройка асинхронного двигателя имеет некоторое сходство с установкой синхронного двигателя. Как и синхронные двигатели, асинхронные двигатели также состоят из набора обмоток статора, которые подключены к 3-фазному источнику переменного тока. Как мы упоминали ранее, это создаст вращающееся магнитное поле.

Ротор асинхронного двигателя имеет короткозамкнутый ротор. Как упоминалось ранее, когда ротор с короткозамкнутым ротором помещается во вращающееся магнитное поле, он создает ток через клетку.Ток создает собственное магнитное поле, которое, в свою очередь, взаимодействует с вращающимся магнитным полем. В результате короткозамкнутый ротор также начинает вращаться.

Асинхронные двигатели

В отличие от синхронного двигателя, ротор асинхронного двигателя вращается с меньшей скоростью, чем скорость, с которой вращается магнитное поле. Это связано с тем, что если бы ротор вращался с той же скоростью, что и магнитное поле, магнитный поток, проходящий через ротор, перестал бы изменяться , и, таким образом, согласно закону Фарадея, внутри ротора больше не было бы тока.Поэтому, когда ротор начнет вращаться со скоростью, близкой к скорости вращения магнитного поля, сила на нем уменьшится, и он начнет тормозиться. Когда он начнет замедляться, магнитный поток через него изменится с большей скоростью, поэтому теперь он будет испытывать большую силу. Таким образом, ротор никогда не останавливается, но и никогда не достигает скорости вращающегося магнитного поля. По этой причине асинхронные двигатели называются асинхронными двигателями типа .

Разница между скоростью вращения ротора и скоростью вращающегося магнитного поля называется скольжением . Величина скольжения больше, когда к ротору подключена большая нагрузка. Видео ниже дает объяснение того, как работает асинхронный двигатель.

Разница между асинхронным двигателем и синхронным двигателем

Скорость ротора

Роторы синхронного двигателя вращаются с той же скоростью, с которой вращается магнитное поле, образованное статором.

Ротор асинхронного двигателя вращается медленнее по сравнению с магнитными полями, создаваемыми статорами.

Самозапуск

Синхронные двигатели не запускаются самостоятельно.

Асинхронные двигатели запускаются автоматически.

Текущее требование

Синхронным двигателям требуется постоянный ток для создания статического магнитного поля на роторе. Обычно это производится от переменного тока с использованием токосъемных колец и щеток.

Асинхронные двигатели не требуют подачи постоянного тока на ротор.

 

Изображение предоставлено:

«Трехфазные асинхронные двигатели (соединение треугольником)…» от  Zureks (собственная работа) [CC BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons

Разница между синхронным двигателем и синхронным генератором

Здравствуйте, читатели приветствуют новый пост. В этом посте мы обсудим Разница между синхронным двигателем и синхронным генератором.Двигатель представляет собой устройство, которое используется для преобразования электрической энергии в механическую, а генератор используется для преобразования механической энергии в электрическую.

В этом посте мы узнаем некоторые основные различия между синхронным двигателем и синхронным генератором и найдем их связанные параметры. Итак, приступим.

Что такое синхронный двигатель

  • Синхронный двигатель — это такой двигатель, в котором скорость вращения ротора идентична синхронной скорости, синхронная скорость — это скорость вращения магнитного поля, создаваемого на статоре двигателя.
  • Статор двигателя является электромагнитным, который создает поле, когда на статоре подается ток, скорость вращения поля называется синхронной скоростью.
  • Синхронный двигатель
  • также известен как с двойной подачей , потому что его ротор и статор подключены к питающим входам.
  • Обычно используемые двигатели переменного тока представляют собой асинхронные и синхронные двигатели.
  • Основное различие между этими двумя двигателями заключается в том, что синхронный двигатель вращается с постоянной скоростью, аналогичной скорости вращения поля статора.
  • Ротор синхронного двигателя ведет себя как постоянный магнит или электромагнит, и его поле взаимодействует с полем статора, чем он вращается одновременно с вращением поля статора.
  • В то время как в асинхронном двигателе требуется скольжение, это означает, что скорость вращения ротора меньше скорости вращающегося поля на статоре.

Что такое синхронный генератор

  • Синхронный генератор также известен как генератор переменного тока, он преобразует механическую энергию в электрическую.
  • Электроэнергия, которую мы используем в нашем доме или на производстве, в основном производится синхронным генератором.
  • В мире существует множество источников преобразования энергии, но большая часть энергии преобразуется синхронным генератором
Принцип работы синхронного генератора
  • Работа синхронного генератора основана на законе электромагнитной индукции Фарадея.

ЭДС= dΦ/dt

  • Этот закон гласит, что скорость изменения магнитного потока в любом устройстве создает ЭДС в этом устройстве.Если устройство статично, а поле вращается, оно также создаст поле в устройстве.
  • В случае синхронного генератора ротор вращается и создает поле в статоре.
  • Для понимания ЭДС, наводимой в любом устройстве, изучите статью о наведенном напряжении в петле
  • Все эти 4 возможности этих машин показаны на данном рисунке в виде векторной диаграммы.


Эквивалентная схема синхронного двигателя
  • Почти все аспекты синхронного двигателя, такие как конструкция и работа, аналогичны синхронному генератору, но разница в том, что генератор преобразует механическую энергию в электрическую, а двигатель преобразует электрическую энергию в механическую.
    Из-за этого направление потока мощности будет противоположно потоку мощности генератора, и ток также будет обратным.
  • Таким образом, эквивалентная схема синхронного двигателя будет аналогична эквивалентной схеме синхронного генератора, но направление тока IA будет противоположно генератору.
  • Результирующая схема синхронного двигателя показана на данном рисунке.

  • На этом рисунке показана эквивалентная схема двигателя по фазам.

  • Если применить KVL (закон напряжения Кирхгофа) к эквивалентной схеме синхронного двигателя, то мы получим следующие уравнения.
    Vø= EA + jXSIA + RAIA

EA = Vø – jXS IA – RAIA

Эти уравнения аналогичны уравнениям синхронных генераторов, но разница в том, что знак другой

Автор: Генри
//www.theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер, выпускник известного инженерного университета, также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях.Я также являюсь автором технического контента, мое хобби — исследовать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Почтовая навигация

Разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем

И асинхронные, и синхронные двигатели являются машинами переменного тока. Основное различие между этими двумя машинами заключается в том, что синхронный двигатель, как следует из названия, всегда работает с постоянной (синхронной) скоростью.Асинхронные двигатели являются асинхронными двигателями и работают на скорости ниже синхронной. Теперь давайте обсудим разницу между синхронным двигателем и асинхронным двигателем в различных факторах.

Синхронный двигатель и асинхронный двигатель:
Конструктивное отличие:

  Асинхронный двигатель:

Статор асинхронного двигателя состоит из стальной рамы, в которую заключен полый цилиндрический сердечник, выполненный из пакетированных пластин.Эти пластины имеют ряд равномерно расположенных пазов в определенных местах, чтобы обеспечить пространство для обмотки статора. 3-фазная обмотка статора намотана для определенного количества полюсов в соответствии с требованиями скорости. Конструктивная схема асинхронного двигателя выглядит следующим образом.

Ротор асинхронного двигателя может быть с короткозамкнутым ротором↗ или фазным ротором↗. В роторе с короткозамкнутым ротором стержни ротора постоянно замыкаются концевыми кольцами. Для ротора с обмоткой концы обмотки соединены с контактными кольцами, чтобы обеспечить добавление внешнего сопротивления в цепь ротора.

Синхронный двигатель:

Конструкция статора синхронного двигателя почти аналогична конструкции асинхронного двигателя. Ротор синхронного двигателя состоит из явно выраженных полюсов↗ , которые состоят из стальных пластин. Обмотка возбуждения расположена на полюсном башмаке ротора. Катушки ротора соединены последовательно контактными кольцами. Постоянный ток подается на обмотки ротора с помощью контактных колец для создания электромагнита. Конструктивная схема синхронного двигателя выглядит следующим образом.

Рабочая разница:

Асинхронный двигатель:

Асинхронный двигатель работает по принципу электромагнитной индукции.На статор подается трехфазный переменный ток, который создает вращающееся магнитное поле. Поскольку магнитное поле вращается, в проводниках ротора индуцируется ЭДС и начинает течь ток. На проводник ротора с током, помещенный во вращающееся магнитное поле, действует сила, вызывающая эффект вращения, и ротор начинает вращаться.

Для получения подробной информации о принципе работы асинхронного двигателя посетите:

Трехфазный асинхронный двигатель переменного тока — определение и принцип работы↗

Синхронный двигатель:

Синхронный двигатель имеет двойное возбуждение, так как его статор питается от трехфазного источника переменного тока, а его ротор возбуждается от отдельного источника постоянного тока.Ротор заставляет вращаться с синхронной скоростью какой-то внешний первичный двигатель, чтобы магнитно заблокировать вращающиеся полюса поля статора. После этого двигатель начинает вращаться с синхронной скоростью.

Для получения подробной информации о принципе работы синхронного двигателя посетите:

Синхронный двигатель — определение, работа и конструкция↗

Возбуждение:

Синхронный двигатель является машиной с двойным возбуждением, так как его обмотка статора возбуждается трехфазным источником переменного тока, а его ротор возбуждается отдельным источником постоянного тока.С другой стороны, асинхронный двигатель является машиной с однократным возбуждением, поскольку только его обмотка статора возбуждается источником переменного тока.

Пусковой крутящий момент:

Синхронный двигатель не имеет момента самозапуска. Требуется дополнительный пусковой механизм для первоначального вращения ротора до синхронной скорости, чтобы его можно было синхронизировать с вращающимся полем статора.

Для получения дополнительной информации прочитайте следующую статью: Почему синхронный двигатель не запускается самостоятельно?↗

Асинхронный двигатель имеет момент самозапуска, благодаря которому для асинхронных двигателей не требуется никакого пускового механизма.

Операция:

Синхронный двигатель

может работать при любом коэффициенте мощности (опережающем, отстающем или единичном) в соответствии с требованиями путем изменения его возбуждения. Асинхронный двигатель всегда работает с отстающим коэффициентом мощности.

Начало:

Синхронный двигатель не является самозапускающимся двигателем, поскольку он не имеет пускового момента. Следовательно, для вращения ротора до синхронной скорости требуется какой-то внешний пусковой механизм. С другой стороны, трехфазный асинхронный двигатель является самозапускающейся машиной.

Стоимость:

Стоимость синхронного двигателя выше по сравнению с асинхронным двигателем с такой же мощностью и номинальным напряжением.

Эффективность:

Синхронные двигатели, как правило, более эффективны, чем асинхронные двигатели той же мощности и номинального напряжения.

Использование:

Помимо управления механическими нагрузками, синхронный двигатель с перевозбуждением может использоваться для улучшения коэффициента мощности. Асинхронный двигатель используется только для привода механических нагрузок.

 Скорость:

Синхронный двигатель — это машина с постоянной скоростью (т. е. он всегда работает с синхронной скоростью  Ns = 120f/p). Скорость асинхронного двигателя всегда меньше синхронной скорости, так как это не машина с постоянной скоростью.

Влияние нагрузки:

Скорость синхронного двигателя не зависит от нагрузки. Проще говоря, синхронный двигатель всегда работает с постоянной скоростью, независимо от приложенной нагрузки (будь то полная нагрузка или отсутствие нагрузки).С другой стороны, скорость асинхронного двигателя зависит от нагрузки. Если нагрузка на двигатель увеличивается, скорость двигателя уменьшается (т. е. скорость асинхронного двигателя уменьшается с увеличением нагрузки и наоборот).

Вот и все. Надеюсь, это поможет вам.
Похожие сообщения :

Типы изоляторов, используемых в линиях электропередачи↗

Что такое коэффициент мощности?↗

Как работает трансформатор ↗

Разница между синхронным и асинхронным двигателем

Синхронный двигатель — это машина, у которой скорость вращения ротора и скорость магнитного поля статора равны.Асинхронный двигатель – это машина, ротор которой вращается со скоростью меньше синхронной. … Синхронному двигателю требуется дополнительный источник питания постоянного тока для первоначального вращения ротора, близкого к синхронной скорости.

  1. В чем разница между синхронным и асинхронным двигателем?
  2. Где используется синхронный двигатель?
  3. Что такое синхронная скорость?
  4. Каковы преимущества синхронного двигателя?
  5. Каковы основные части синхронного двигателя?
  6. Бесщеточные двигатели переменного или постоянного тока?
  7. Почему двигатель называется синхронным?
  8. Как запускается синхронный двигатель?
  9. Каков принцип работы синхронного двигателя?
  10. Что означает асинхронность?

В чем разница между синхронным и асинхронным двигателем?

Трехфазный синхронный двигатель представляет собой машину с двойным возбуждением, тогда как асинхронный двигатель представляет собой машину с одним возбуждением.Обмотка якоря синхронного двигателя питается от источника переменного тока, а его обмотка возбуждения — от источника постоянного тока. Обмотка статора асинхронного двигателя питается от источника переменного тока.

Где используется синхронный двигатель?

Большинство синхронных двигателей с дробной мощностью используются там, где требуется точная постоянная скорость. Эти машины обычно используются в аналоговых электрических часах, таймерах и других устройствах, где требуется точное время. В более мощных промышленных размерах синхронный двигатель выполняет две важные функции.

Что такое синхронная скорость?

: определенная скорость для машины переменного тока, которая зависит от частоты цепи питания, поскольку вращающийся элемент проходит одну пару полюсов при каждом изменении переменного тока.

Каковы преимущества синхронного двигателя?

Преимущества синхронного двигателя

  • Преимуществом использования синхронного двигателя является возможность управления коэффициентом мощности. …
  • Скорость остается постоянной независимо от нагрузки в синхронных двигателях….
  • Синхронные двигатели имеют более широкий воздушный зазор, чем асинхронные двигатели, что делает их механически более стабильными.

Каковы основные части синхронного двигателя?

Статор и ротор являются двумя основными частями синхронного двигателя. Статор — неподвижная часть, а ротор — вращающаяся часть машины. Трехфазное питание переменного тока подается на статор двигателя.

Бесщеточные двигатели переменного или постоянного тока?

Бесщеточные двигатели постоянного тока являются двигателями постоянного тока в том смысле, что они питаются от источника постоянного тока.Однако они используют инвертор (тип силового электронного преобразователя) в качестве «электронного коммутатора» для обеспечения переменного тока в соответствии с положением ротора, чтобы он мог генерировать крутящий момент.

Почему двигатель называется синхронным?

Следовательно, ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле. Это связано с тем, что двигатель называется синхронным двигателем. Это двигатель с постоянной скоростью, потому что, несмотря на увеличение нагрузки, двигатель работает с той же синхронной скоростью.

Как запускается синхронный двигатель?

Сначала двигатель запускается как асинхронный двигатель с контактными кольцами. Сопротивление постепенно отключается по мере того, как двигатель набирает скорость. Когда он достигает скорости, близкой к синхронной, на ротор подается возбуждение постоянного тока, и он приводится в синхронизм. Затем он начинает вращаться как синхронный двигатель.

Каков принцип работы синхронного двигателя?

Работа синхронных двигателей зависит от взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем ротора.Статор содержит 3-фазные обмотки и питается от 3-фазной сети. Таким образом, обмотка статора создает трехфазное вращающееся магнитное поле.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.