Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Синхронный двигатель постоянного тока

Синхронный двигатель постоянного тока

Артикул/код товара: синхронный двигатель постоянного тока

Описание товара

Здравствуйте! Вы попали на доску объявлений. Сотрудники Promelectrica.com разместили тут товары, которые Вам могут быть интересны. Информация о наличии по телефону (495)640-04-53

Подробное описание

Коллекторный электродвигатель постоянного тока с электромагнитным возбуждением Д-16Б предназначен для привода специального механизма, а также может быть использован в различных областях техники.

Структура условного обозначения

16 — порядковый номер разработки;

Б — модификация исполнения двигателя.

Температура окружающего воздуха при эксплуатации от минус 60 до 50°С. Пониженное атмосферное давление однократно в течение 5 мин при номинальном вращающем моменте — не ниже 667 Па (5 мм рт.ст).

Верхнее значение относительной влажности воздуха в течение 48ч — 98% при температуре (35±5)°С.

Электродвигатель стоек к воздействию:

Вибрационных нагрузок с диапазоном частот от 5 до 35 Гц и амплитудой не более 1 мм в течение 3 мин.

Вибрационных нагрузок с диапазоном частот от 35 до 2000 Гц и ускорением от 39,2 до 147,2 мс-2 (от 4 до 15 g) в течение 23 мин.

Линейных (центробежных) нагрузок с ускорением 98,1 мс-2 (10 g) в течение 5 мин.

Механические нагрузки воздействуют на места крепления двигателя в любом направлении.

Двигатель выдерживает воздействие:

Вибрационных нагрузок с частотой вибрации от 10 до 2000 Гц и ускорением, действующим вдоль и перпендикулярно оси двигателя, от 20 до 40 мс-2 (от 2 до 4 g) в течение 46 ч в обесточенном состоянии и 2,8 ч при электрической нагрузке.

Ударных многократных нагрузок с ускорением 50 мс-2 (5 g) при количестве ударов 5000 с частотой от 40 до 100 ударов в час и длительностью удара от 5 до 10 мс.

Номинальный режим работы двигателя кратковременный при напряжении питания 27 В:

15 мин при вращающем моменте 1,47 Нм.

5 мин при вращающем моменте 1,76 Нм.

1 с при вращающем моменте 3,43 Нм.

Конструктивное исполнение по способу монтажа в соответствии с ГОСТ 2479-79 IМ3081.

Направление вращения вала левое со стороны выхода вала.

Сопротивление изоляции электрических цепей относительно корпуса двигателя в нормальных климатических условиях при практически холодном состоянии двигателя до ввода в эксплуатацию — не менее 20 МОм.

В течение срока службы и минимальной наработки сопротивление изоляции при практически холодном состоянии двигателя — не менее 1 МОм.

Изоляция электрических цепей относительно корпуса двигателя в нормальных климатических условиях выдерживает без пробоя и перекрытия воздействие испытательного напряжения 500 В (действующее значение) переменного тока частотой 50 Гц.

Степень искрения на коллекторе двигателя при номинальном вращающем моменте и номинальном напряжении питания в нормальных климатических условиях не превышает 2 по ГОСТ 183-74.

Двигатель соответствует требованиям технических условий ОДС.515.151 и комплекта конструкторской документации согласно 1ДС.599.112 СД.

Условия транспортирования двигателя в упаковке предприятия-изготовителя в части воздействия механических факторов соответствуют условиям Л по ГОСТ 23216-78; в части воздействия климатических факторов внешней среды — таким же, как условия хранения 5 по ГОСТ 15150 — 69.

Условия хранения двигателя соответствуют условиям I (отапливаемое хранилище), условиям 3 (неотапливаемое хранилище) и условиям 5 (навесы в макроклиматических районах с умеренным и холодным климатом) по ГОСТ 15150-69.

Эксплуатацию двигателей следует проводить в соответствии с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации 1ДС.599.112 ТО.

В процессе хранения двигатель, вмонтированный в аппаратуру изделия, должен подвергаться проверке на функционирование не реже одного раза в год.

При проверке на функционирование двигатель работает при напряжении питания 27 В на холостом ходу или при номинальном вращающем моменте в течение одной минуты.

Изготовитель гарантирует качество двигателя при соблюдении режимов работы и условий эксплуатации. ОДС.515.151

Номинальное напряжение питания, В — 27 Номинальный вращающий момент, Нм — 1,76 Номинальная частота вращения, мин-1 — 8000 Потребляемый ток при номинальном вращающем моменте, А, не более — 78 Потребляемый ток при холостом ходе, А, не более — 17 Частота вращения при холостом ходе, мин-1, не более — 10900 КПД, % — 70 Момент инерции якоря, кгм2 — 8,310-4 Масса двигателя, кг, не более — 7

Двигатель в течение 5 мин допускает работу при номинальном вращающем моменте и напряжении питания, лежащем в пределах от 22 до 30 В. При этом в нормальных климатических условиях: частота вращения изменяется в пределах от 6100 до 9000 мин-1; потребляемый ток — не более 88 А.

Двигатель в течение 5 мин работы в выше указанном режиме допускает в течение 30 с работу при вращающем моменте 3,43 Нм. Параметры двигателя при этом не оговариваются.

Двигатель в течение 10 мин допускает работу при вращающем моменте 0,49 Нм, температуре 50°С и напряжении питания, лежащем в пределах от 22 до 30 В с последующей работой при пониженном атмосферном давлении; в течение 20 мин в нормальных климатических условиях с последующим охлаждением.

Частота вращения после работы в указанном режиме с последующим охлаждением и при последующей работе в течение 5 мин при номинальном вращающем моменте и напряжении питания 27 В — не менее 7000 мин-1.

Потребляемый ток в этих же условиях — не более 84 А.

Напряжение трогания при нижнем значении температуры и вращающем моменте 1,47 Нм — не более 8 В.

Напряжение трогания в нормальных климатических условиях при холостом ходе — не более 7 В.

Минимальная наработка двигателя при номинальном напряжении питания 60 ч, в том числе:

20 ч непрерывно при вращающем моменте 0,98 Нм;

40 ч в номинальном режиме, из них 6 ч при верхнем значении температуры и 6 ч при нижнем значении температуры.

Перерыв между включениями двигателя до полного охлаждения.

Минимальный срок службы двигателя — 10,5 лет.

Минимальный срок сохраняемости двигателя в отапливаемом хранилище — 10,5 лет, в том числе:

не более 1 года в упаковке предприятия-изготовителя;

не более 10,5 лет вмонтированным в аппаратуру изделия.

В пределах срока сохраняемости допускается хранение двигателя вмонтированным в аппаратуру защищенного изделия:

не более 5 лет в неотапливаемом хранилище;

не более 1 года под навесом.

Гарантийная наработка в пределах гарантийного срока эксплуатации — 60 ч.

Гарантийный срок эксплуатации — 10,5 лет.

Гарантийный срок хранения — 10,5 лет.

Точную информацию о товарах, ценах и наличии вы можете получить по запросу через электронную почту. Выставленный счет-договор является единственным информационным обязательством, все другие сведения могут содержать неточности. Мы затрачиваем все возможные силы для улучшения сервиса и благодарны тысячам юридических и частных лиц, воспользовавшимся нашими услугами, и сотням постоянных клиентов, которые продолжают с нами работать.

Каталог:

  • Выключатели, концевики, джойстики
  • Бесконтактные датчики
  • Реле, контакторы, автоматы
  • Маячки, колонны, сирены
  • Приводная техника
  • Разъемы и кабели
  • Трансформаторы, источники питания
  • Энкодеры, муфты
  • Автоматизация и измерение
  • Тиристоры, диоды, предохранители

Видео «Как добраться»:

Товарное предложение обновлено 26 августа 2021 г. в 15:36

Синхронная машина

Синхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой равна частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре.

Содержание

  • 1 Устройство
  • 2 Принцип действия
    • 2.1 Генераторный режим
    • 2.2 Двигательный режим
  • 3 Разновидности синхронных машин
    • 3.1 Бесконтактная синхронная машина
  • 4 Примечания
  • 5 См. также
  • 6 Ссылки

Устройство [ править | править код ]

Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор (обмотка возбуждения). Как правило, якорь располагается на статоре, а на отделённом от него зазором роторе находится индуктор — таким образом, по принципу действия синхронная машина представляет собой как бы «вывернутую наизнанку» машину постоянного тока, переменный ток для обмотки якоря которой не получается с помощью коллектора, а подводится извне.

Якорь представляет собой одну или несколько обмоток переменного тока. В двигателях токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся магнитное поле, которое сцепляется с полем индуктора, и таким образом происходит преобразование энергии. Поле якоря оказывает воздействие на поле индуктора и называется поэтому также полем реакции якоря. В генераторах поле реакции якоря создаётся переменными токами, индуцируемыми в обмотке якоря от индуктора.

Индуктор состоит из полюсов — электромагнитов постоянного тока [1] или постоянных магнитов (в микромашинах). Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную или неявнополюсную. Явнополюсная машина отличается тем, что полюса ярко выражены и имеют конструкцию, схожую с полюсами машины постоянного тока. При не явнополюсной конструкции обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, весьма похоже на обмотку роторов асинхронных машин с фазным ротором, с той лишь разницей, что между полюсами оставляется место, не заполненное проводниками (так называемый большой зуб). Неявнополюсные конструкции применяются в быстроходных машинах, чтобы уменьшить механическую нагрузку на полюса.

Читать еще:  Что такое рабочий цикл четырехтактного двигателя

Для уменьшения магнитного сопротивления, то есть для улучшения прохождения магнитного потока, применяются ферромагнитные сердечники ротора и статора. В основном они представляют собой шихтованную (набранную из отдельных листов) конструкцию из электротехнической стали.

Принцип действия [ править | править код ]

Как всякая электромашина, синхронная машина может работать в режимах двигателя и генератора.

Генераторный режим [ править | править код ]

Обычно синхронные генераторы выполняют с якорем, расположенным на статоре, для удобства отвода электрической энергии. Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря (0,3. 2%), подвод постоянного тока к обмотке возбуждения с помощью двух контактных колец не вызывает особых затруднений. Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции; при вращении ротора магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, сцепляется поочерёдно с каждой из фаз обмотки статора, индуцируя в них ЭДС. В наиболее распространённом случае применения трёхфазной распределенной обмотки якоря в каждой из фаз, смещённых друг относительно друга на 120 градусов, индуцируется синусоидальная ЭДС. Соединяя фазы по стандартным схемам «треугольник» или «звезда», на выходе генератора получают трёхфазное напряжение, являющееся общепринятым стандартом для магистральных электросетей.

Частота индуцируемой ЭДС f [Гц] связана с частотой вращения ротора n [об/мин] соотношением:

f = n ⋅ p 60 <60>>> ,

где p — число пар полюсов.

Часто синхронные генераторы используют вместо коллекторных машин для генерации постоянного тока, подключая их обмотки якоря к трёхфазным выпрямителям — на тепловозах (например, ТЭП70, 2ТЭ116), автомобилях, летательных аппаратах. Это сделано из-за намного больших надёжности и межремонтного ресурса синхронных машин. [2] [3]

Двигательный режим [ править | править код ]

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт щётка-кольцо), в маломощных, к примеру, в двигателях жёстких дисков — постоянные магниты. Существует обращённая конструкция двигателей, в которой якорь расположен на роторе, а индуктор — на статоре (в устаревших двигателях, а также в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники).

Запуск двигателя. Двигатель требует разгона до частоты, близкой к частоте вращения магнитного поля в зазоре, прежде чем сможет работать в синхронном режиме. При такой скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора: если индуктор расположен на статоре, то получается, что вращающееся магнитное поле вращающегося якоря (ротора) неподвижно относительно постоянного поля индуктора (статора), если индуктор на роторе, то магнитное поле вращающихся полюсов индуктора (ротора) неподвижно относительно вращающегося магнитного поля якоря (статора) — это явление называется «вход в синхронизм».

Для разгона обычно используется асинхронный режим [4] , при котором обмотки индуктора замыкаются через реостат или накоротко, как в асинхронной машине, для такого режима запуска в машинах на роторе делается короткозамкнутая обмотка, которая также выполняет роль успокоительной обмотки, устраняющей «раскачивание» ротора при синхронизации. После выхода на скорость, близкую к номинальной (> 95% — так называемая подсинхронная скорость), индуктор запитывают постоянным током.

В двигателях с постоянными магнитами применяется внешний разгонный двигатель либо частотно-регулируемый пуск, также частотное регулирование применяют на всех типах СД в рабочем режиме — например, на тяговых двигателях скоростного электропоезда TGV. Двигатели старых электропроигрывателей требовали ручного пуска — прокрутки пластинки рукой, позже в проигрывателях стали применяться асинхронные двигатели.

Иногда на валу крупных машин ставят небольшой генератор (постоянного тока или переменного тока с выпрямлением), т.н. возбудитель, который питает обмотку возбуждения. В некоторых случаях (например, на тепловозах) возбудитель установлен отдельно и приводится через повышающий редуктор. [5]

Частота вращения ротора n [об/мин] остаётся неизменной, жёстко связанной с частотой сети f [Гц] соотношением:

n = 60 f p

>> ,

где p — число пар полюсов статора, в зависимости от нагрузки машины меняется лишь угол нагрузки (угол тета) — электрический угол отставания или опережения поля возбуждения по отношению к полю якоря. При угле нагрузки более 90 электрических градусов машина выпадает из синхронизма — останавливается, если вал перегружен тормозным моментом, либо уходит на повышенные обороты, если машина работает в режиме генератора и недогружена электрической нагрузкой.

Синхронные двигатели при изменении возбуждения меняют косинус фи с ёмкостного на индуктивный. Перевозбуждённые СД на холостом ходу применяют в качестве компенсаторов реактивной мощности. Синхронные двигатели в промышленности обычно применяют при единичных мощностях свыше 300 кВт (воздуходувки, водоперекачивающие и нефтеперекачивающие насосы), к примеру, типа СТД, при меньших мощностях обычно применяется более простой (и надёжный), в том числе в запуске, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Разновидности синхронных машин [ править | править код ]

Гидрогенератор — явнополюсный синхронный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии в работе от гидравлической турбины (при низких скоростях вращения, 50 — 600 мин –1 ).

Турбогенератор — неявнополюсный синхронный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии в работе от паровой или газовой турбины при высоких скоростях вращения ротора — 6000 (редко), 3000, 1500 об/мин.

Синхронный компенсатор — синхронный двигатель, предназначенный для выработки реактивной мощности, работающий без нагрузки на валу (в режиме холостого хода); при этом по обмотке якоря проходит практически только реактивный ток. Синхронный компенсатор может работать в режиме улучшения коэффициента мощности или в режиме стабилизации напряжения. Дает индуктивную нагрузку.

Машина двойного питания (в частности АСМ) — синхронная машина с питанием обмоток ротора и статора токами разной частоты, за счёт чего создаются несинхронные режимы работы.

Ударный генератор — синхронный генератор (как правило, трёхфазного тока), предназначенный для кратковременной работы в режиме короткого замыкания (КЗ).

Сельсин — маломощная синхронная машина, используемая как датчик угла поворота либо в паре с другим сельсином для передачи угла поворота без прямой механической связи.

Также существуют безредукторные, шаговые, индукторные, гистерезисные, бесконтактные синхронные двигатели.

Бесконтактная синхронная машина [ править | править код ]

В классической синхронной машине имеется слабое место — контактные кольца со щётками, изнашивающиеся быстрее других частей машины из-за электроэрозии и простого механического износа. Кроме того, искрение щёток может стать причиной взрыва. Поэтому сначала в авиации, а позже и в других областях (в частности, на автономных дизель-генераторах) получили распространение бесконтактные трёхмашинные синхронные генераторы. В корпусе такого агрегата размещены три машины — подвозбудитель, возбудитель и генератор, их роторы вращаются на общем валу. Подвозбудитель — синхронный генератор с возбуждением от вращающихся на роторе постоянных магнитов, его напряжение подаётся в блок управления генератором, где выпрямляется, регулируется и подаётся в обмотку статора возбудителя. Поле статора наводит в обмотке возбудителя ток, выпрямляемый размещённым на валу блоком вращающихся выпрямителей (БВВ) и идущий в обмотку возбуждения генератора. Генератор уже вырабатывает ток, идущий к потребителям.

Такая схема обеспечивает как отсутствие иных механических частей в двигателе, кроме подшипников, так и автономность работы генератора — всё время, пока генератор вращается, подвозбудитель даёт напряжение, которое может быть использовано для питания цепей управления генератором.

Что такое синхронный двигатель и где он используется

Синхронные электродвигатели (СД) не так распространены, как асинхронные с короткозамкнутым ротором. Но используются там, где нужен большой крутящий момент и в процессе работы будут происходить частые перегрузки. Также такой тип двигателей используются там, где нужна большая мощность, чтобы приводить в движение механизмы, благодаря высокому коэффициенту мощности и возможности улучшать коэффициент мощности сети, что существенно снизит затраты на электроэнергию и нагрузку на линии. Что такое синхронный двигатель, где он используется и какие у него плюсы минусы мы рассмотрим в этой статье.

  • Определение и принцип действия
  • Конструкция ротора
  • Пуск синхронного двигателя
  • Виды
  • Сфера применения
  • Преимущества и недостатки

Определение и принцип действия

Если говорить простым языком, то синхронным называют электродвигатель, у которого скорость вращения ротора (вала) совпадает со скоростью вращения магнитного поля статора.

Читать еще:  Что такое омическое сопротивление обмоток двигателя

Кратко рассмотрим принцип действия такого электродвигателя — он основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора, которое обычно создаётся трёхфазным переменным током и постоянного магнитного поля ротора.

Постоянное магнитное поле ротора создаётся за счет обмотки возбуждения или постоянных магнитов. Ток в обмотках статора создаёт вращающееся магнитное поле, тогда как ротор в рабочем режиме представляет собой постоянный магнит, его полюса устремляются к противоположным полюсам магнитного поля статора. В результате ротор вращается синхронно с полем статора, что и является его основной особенностью.

Напомним, что у асинхронного электродвигателя скорость вращения МП статора и скорость вращения ротора отличаются на величину скольжения, а его механическая характеристика «горбатая» с пиком при критическом скольжении (ниже его номинальной скорости вращения).

Скорость, с которой вращается магнитное поле статора, может быть вычислена по следующему уравнению:

f – частота тока в обмотке, Гц, p – количество пар полюсов.

Соответственно по этой же формуле определяется скорость вращения вала синхронного двигателя.

Большинство электродвигателей переменного тока, используемых на производстве, выполнены без постоянных магнитов, а с обмоткой возбуждения, тогда как маломощные синхронные двигатели переменного тока выполняются с постоянными магнитами на роторе.

Ток к обмотке возбуждения подводится за счет колец и щеточного узла. В отличие от коллекторного электродвигателя, где для передачи тока вращающейся катушке используется коллектор (набор продольно расположенных пластин), на синхронном установлены кольца поперек одного из концов статора.

Источником постоянного тока возбуждения в настоящее время являются тиристорные возбудители, часто называемые «ВТЕ» (по названию одной из серий таких устройств отечественного производства). Ранее использовалась система возбуждения «генератор-двигатель», когда на одном валу с двигателем устанавливали генератор (он же возбудитель), который через резисторы подавал ток в обмотку возбуждения.

Ротор почти всех синхронных двигателей постоянного тока выполняется без обмотки возбуждения, а с постоянными магнитами, они хоть и похожи по принципу действия на СД переменного тока, но по способу подключения и управления ими очень сильно отличаются от классических трёхфазных машин.

Одной из основных характеристик электродвигателя является механическая характеристика. Она у синхронных электродвигателей приближена к прямой горизонтальной линии. Это значит, что нагрузка на валу не влияет на его обороты (пока не достигнет какой-то критической величины).

Это достигается именно благодаря возбуждению постоянным током, поэтому синхронный электродвигатель отлично поддерживает постоянные обороты при изменяющихся нагрузках, перегрузках и при просадках напряжения (до определенного предела).

Ниже вы видите условное обозначение на схеме синхронной машины.

Конструкция ротора

Как и любой другой, синхронный электродвигатель состоит из двух основных частей:

  • Статор. В нём расположены обмотки. Его еще называют якорем.
  • Ротор. На нём устанавливают постоянные магниты или обмотку возбуждения. Его также называют индуктором, из-за его предназначения — создавать магнитное поле).

Для подачи тока в обмотку возбуждения на роторе устанавливают 2 кольца (так как возбуждение постоянным током, на одно из них подают «+», а на другое «—»). Щетки закреплены на щеткодержателе.

Роторы у синхронных электродвигателей переменного тока бывают двух типов, в зависимости от назначения:

  1. Явнополюсные. Четко видны полюса (катушки). Используют при малых скоростях и большом числе полюсов.
  2. Неявнополюсные – выглядит как круглая болванка, в прорези на которой уложены провода обмоток. Используют при больших скоростях вращения (3000, 1500 об/мин) и малом числе полюсов.

Пуск синхронного двигателя

Особенностью этого вида электрических машин является то, что его нельзя просто подключить к сети и ожидать его запуска. Кроме того, что для работы СД нужен не только источник тока возбуждения, у него и достаточно сложная схема пуска.

Запуск происходит как у асинхронного двигателя, а для создания пускового момента кроме обмотки возбуждения на роторе размещают и дополнительную короткозамкнутую обмотку «беличью клетку». Её еще называют «демпфирующей» обмоткой, потому что она повышает устойчивость при резких перегрузках.

Ток возбуждения в обмотке ротора при пуске отсутствует, а когда он разгоняется до подсинхронной скорости (на 3-5% меньше синхронной), подаётся ток возбуждения, после чего он и ток статора совершает колебания, двигатель входит в синхронизм и выходит на рабочий режим.

Для ограничения пусковых токов мощных машин иногда уменьшают напряжение на зажимах обмоток статора, подключив последовательно автотрансформатор или резисторы.

Пока синхронная машина запускается в асинхронном режиме к обмотке возбуждения подключаются резисторы, сопротивление которых превышает сопротивление самой обмотки в 5 – 10 раз. Это нужно чтобы пульсирующий магнитный поток, возникающий под действием токов, наводимых в обмотке при пуске, не замедлял разгон, а также чтобы не повредить обмотки из-за индуцируемыми в ней ЭДС.

Видов таких машин очень много, выше была описана конструкция синхронного электродвигателя переменного тока с обмотками возбуждения, как самого распространенного на производстве. Есть и другие типы, такие как:

  • Синхронные двигатели с постоянными магнитами. Это различные электродвигатели, такие как PMSM – permanent magnet synchronous motor, BLDC – Brushless Direct Current и прочие. Отличия, между которыми, состоят в способе управления и форме тока (синусоидальная или трапецивиденая). Их еще называют бесколлекторными или бесщеточными двигателями. Используются в станках, радиоуправляемых моделях, электроинструменте и т.д. Они работают не напрямую от постоянного тока, а через специальный преобразователь.
  • Шаговые двигатели — синхронные бесщеточные двигатели, у которых ротор точно удерживает заданное положение, их используют для позиционирование рабочего инструмента в ЧПУ станках и для управления различными элементами автоматических систем (например, положение дроссельной заслонки в автомобиле). Состоят из статора, в этом случае на нём расположены обмотки возбуждения, и ротора, который выполнен из магнито-мягкого или магнито-твёрдого материала. Конструктивно очень похожи на предыдущие типы.
  • Реактивные.
  • Гистерезисные.
  • Реактивно-гистерезисные.

Последние три типа СД также не имеют щеток, они работают за счет особой конструкции ротора. У реактивных СД различают три их конструкции: поперечно-расслоенный ротор, ротор с явновыраженными полюсами и аксиально-расслоенный ротор. Объяснение принципа их работы достаточно сложно, и займет большой объём, поэтому мы опустим его. Такие электродвигатели на практике вы, скорее всего, встретите нечасто. В основном это маломощные машины, используемые в автоматике.

Сфера применения

Синхронные двигатели стоят дороже чем асинхронные, к тому же требуют дополнительного источника постоянного тока возбуждения – это отчасти снижает ширину области применения этого вида электрических машин. Однако, синхронные электродвигатели используют для привода механизмов, где возможны перегрузки и требуется точное поддерживание стабильных оборотов.

При этом чаще всего используются в области больших мощностей — сотен киловатт и единиц мегаватт, и, при этом, пуск и остановка происходят достаточно редко, то есть машины работают круглосуточно долгое время. Такое применение обусловлено тем, что синхронные машины работают с cosФи приближенном к 1, и могут выдавать реактивную мощность в сеть, в результате чего улучшается коэффициент мощности сети и снижается её потребление, что важно для предприятий.

Преимущества и недостатки

Если говорить простыми словами, то у любой электрической машины есть свои плюсы и минусы. У синхронного двигателя положительными сторонами является:

  1. Работа с cosФи=1, благодаря возбуждению постоянным током, соответственно они не потребляют реактивной мощности из сети.
  2. При работе, с перевозбуждением отдают реактивную мощность в сеть, улучшая коэффициент мощности сети, падение напряжения и потери в ней и повышается КМ генераторов электростанциях.
  3. Максимальный момент, развиваемый на валу СД, пропорционален U, а у АД — U² (квадратичная зависимость от напряжения). Это значит, что у СД хорошая нагрузочная способность и устойчивость работы, которые сохраняются при просадке напряжения в сети.
  4. В следствие всего этого скорость вращения стабильна при перегрузках и просадках, в пределах перегрузочной способности, особенно при повышении тока возбуждения.

Однако существенным недостатком синхронного двигателя является то, что его конструкция сложнее, чем у асинхронных с КЗ-ротором, нужен возбудитель, без которого он не сможет работать. Всё это приводит к большей стоимости по сравнению с асинхронными машинами и сложностями в обслуживании и эксплуатации.

Пожалуй, на этом достоинства и недостатки синхронных электродвигателей заканчиваются. В этой статье мы постарались кратко изложить общие сведения о синхронных электродвигателях. Если у вас есть чем дополнить материал – пишите в комментариях.

Синхронный и асинхронный электродвигатели: какой лучше?

Краткий экскурс в историю.

«Противостояние» синхронных и асинхронных электродвигателей началось ещё в середине XX века. В то время во главе «команды синхронных», выступал так называемый электродвигатель постоянного тока, он же «коллекторный», он же простейший «член семьи» синхронных электрических машин. Почему «простейший» ? Из-за того, что у него, в отличие от современного синхронного электродвигателя, встроена примитивная система управления — коллектор. Эта важная деталь помогла достичь главного: создать простую и дешевую синхронную машину, которую можно питать непосредственно от источника постоянного тока. Однако, недостатков у коллекторных электродвигателей оказалось гораздо больше, чем преимуществ: ограниченный ресурс работы и низкая надёжность, а также конструктивное ограничение количества полюсов не позволяло наращивать крутящий момент.

Читать еще:  Что означают цифры на двигателе ваз

Именно на волне борьбы с проблемным коллектором в 80-90х годах прошлого века и стали набирать популярность бесколлекторные асинхронные электродвигатели. Несмотря на то, что технологически «асинхронник» оказалось сделать сложнее, а КПД и крутящий момент существенно уступают аналогичным синхронным электродвигателям, «асинхронники» начали быстро вытеснять коллекторные электромоторы. У бесколлекторных синхронных электродвигателей тогда ещё не было шансов, так как для их изготовления и качественного управления ещё не существовало доступной технологической и элементной базы. Из-за этого до сих пор у некоторых специалистов и представителей старшего поколения сохранилось устойчивое предубеждение, что синхронные электродвигатели — это очень дорого и сложно. До тех пор, пока не были созданы доступные цифровые системы и новые алгоритмы управления, одним из основных недостатков синхронных электродвигателей считалось отсутствие возможности управлять их оборотами.

Сегодняшний день.

Синхронные электродвигатели серии EM-I с КПД, достигающим 97 — 98,5%.

За последние 5-10 лет перспективы для синхронных электрических машин кардинально улучшились и расширились! При начавшимся переходе к 6-му Технологическому Укладу становятся всё более доступными и массовыми новые производственные технологии, такие как: металлопласты и теплопроводные композиты, порошковая металлургия и 3 D- печать и т.п. Во много раз подешевели и улучшили свои характеристики силовые полупроводники, специализированные микроконтроллеры и прочая электронная элементная база. Разработаны новые оригинальные решения, позволяющие в несколько раз увеличить удельные силовые характеристики электрических машин. Благодаря бурному развитию современных частотных преобразователей с цифровыми системами управления, синхронными электродвигателями стало легко управлять. Точная управляемость всеми силовыми характеристиками синхронных приводов во всём рабочем диапазоне оборотов и высокая экономичность, как при разгоне, так и на холостом ходу, стали дополнительными важными преимуществами относительно «асинхронников». Из-за своих конструктивных особенностей асинхронные электродвигатели неэффективны на холостом ходу и малых оборотах, непрерывно расходуя энергию на возбуждение ротора и требуя сверх-токов для разгона, которые превышают номинальные значения в 4-5 раз! Для сравнения, синхронные электродвигатели развивают номинальный крутящий момент во всём рабочем диапазоне оборотов при номинальном токе. Меньший рабочий ток позволяет, в частности, использовать аккумуляторы с большей удельной ёмкостью.

Более высокие КПД и крутящий момент при относительно малых рабочих токах и хорошей управляемости позволяют синхронным электродвигателям успешно вытеснять асинхронные во всех типах электротранспорта: наземном, воздушном и водном. Из таких передовых отраслей, как робототехника, мехатроника и авиастроение асинхронные электродвигатели уже вытеснены синхронными практически полностью.

Примером реализации огромного потенциала бесколлекторных синхронных электроприводов является новое поколение современных синхронных машин серий AW , EM и iEM . Д анные синхронные электрические машины показывают впечатляющие удельные силовые характеристики, которые в 5-10 раз превосходят традиционные «асинхронники», позволяя переходить от распространённых систем «асинхронный мотор с редуктором» на прямой (безредукторный) электропривод.

Классический асинхронный электродвигатель

Высоко-моментные синхронные электродвигатели серий EMи iEM

За последние пол-века конструкция и технология производства асинхронных электродвигателей была настолько хорошо отработана и оптимизирована, что какие-либо дальнейшие усовершенствования или улучшения их электрических параметров, даже с использованием современных программно-вычислительных средств, уже не позволяют рассчитывать на ощутимое сокращение столь большого отставания от современных синхронных электродвигателей по удельным силовым характеристикам. Максимум, что сейчас обеспечивают такие усовершенствования «асинхронников» — это улучшение параметров всего на 20-30%. Для соответствия таким важным требованиям 6-го Технологического Уклада , как минимизация материалоёмкости, высокая экономичность и точная управляемость этого улучшения недостаточно, особенно на фоне высоких характеристик, которые демонстрируют современные синхронные электрические машины.

Основное преимущество, которое пока ещё сохраняют асинхронные электродвигатели, благодаря созданным производственным мощностям в странах Азии и высокой конкуренции — это низкая цена. Однако, при достижении сопоставимых с асинхронными двигателями объёмов серийного производства, себестоимость синхронных электрических машин серий AW, EM и iEM неизбежно станет ниже аналогичных по мощности «асинхронников», потому что:

1) синхронные электрические машины серий AW, EM и iEM имеют в несколько раз (!) меньшие масса-габариты по сравнению с «асинхронниками» аналогичной мощности или крутящего момента, что означает пропорционально меньшую материалоёмкость серий AW , EM и iEM .

При этом, вопреки распространённым мифам, стоимость постоянных неодимовых магнитов на практике не превышает 30% от стоимости остальных материалов и комплектующих данных синхронных электрических машин, включая используемые современные композиты.

Указывая на постоянные магниты, как основной недостаток при производстве роторов современных высокомоментных электродвигателей, защитники асинхронных электродвигателей умалчивают про высокую трудоёмкость и сложность серийного производства статоров для асинхронных двигателей. Даже крупные специализированные предприятия, как правило, осуществляют серийную намотку и сборку статоров асинхронных электродвигателей только вручную, что ощутимо сказывается на их себестоимости!

2) В отличие от классических асинхронных и синхронных электрических машин, модели серий AW, EM и iEM обладают высокой технологичностью серийной сборки! Это достигается не только широким применением современных композитных материалов в конструкции статора и ротора, но и возможностью обеспечения полной автоматизации серийного производства с относительно небольшими капитальными вложениями в оборудование. Это позволяет не только снизить себестоимость, но и увеличить надёжность выпускаемой продукции.

* Этап ручной сборки статора асинхронного двигателя на профильном производстве.

Композитный статор CCSC-3 для серий AW и EM , собранный с использованием оборудования автоматической намотки бескаркасных катушек

Таким образом, по сравнению с асинхронными, электродвигатели серий EM и iEM имеют относительно более высокую стоимость композитного ротора из-за постоянных магнитов, но, при этом, обеспечивают более низкую себестоимость композитных статоров, благодаря высокой технологичности и автоматизации серийной сборки.

При столь очевидных преимуществах современных синхронных приводов любые попытки сдерживать их развитие страшилками про «размагничивающиеся магниты», «дороговизну», «труднодоступность» и т.п., вряд ли помогут адептам «асинхронников» удержать свои позиции на рынке современных сложных систем, особенно в условиях назревшей необходимости перевода целого ряда ключевых отраслей РФ с преобладающих технологических уровней 3-4-го Технологических Укладов сразу к 6-му Технологическому Укладу, минуя 5-й.

Исторические аналогии.

Если проводить исторические аналогии, то недавно начавшийся переход от асинхронных к синхронным электродвигателям можно сравнить по значимости с появлением застёжки «молния» в первой половине XX века или с переходом от аналоговых к цифровым устройствам в 80-х годах прошлого столетия.

Массовое использование этих прорывных технологий стало возможно только при смене технологических укладов, несмотря на то, что соответствующие изобретения появились ещё за несколько десятилетий до их успешного внедрения.

Застёжка «молния» была запатентована в 1891 году, в начале 3-го Технологического Уклада («Эпоха стали»). После десятилетий гонений и множества неудачных попыток внедрения, серийное производство «молнии» и вытеснение шнуровки из многих отраслей стало возможно именно в разгар 4-го Технологического Уклада («Эпоха нефти»), начиная с 1923 года, когда достигнутый уровень промышленного производства позволил освоить новые производственные технологии.

Класс синхронных безредукторных электроприводов «Torque Motors» начал развиваться на Западе совсем недавно, примерно с 2012 года, что как раз совпадает с началом перехода к 6-му Технологическому Укладу . Неизменно только одно: новые изобретения и технологии, как обычно, подвергаются ожесточённому противодействию со стороны тех игроков рынка, кто уже построил свой бизнес с использованием устаревших или уходящих технологий.

Ассоциация «аналог-цифра» возникла у нас в процессе компьютерного моделирования электрических машин EM и iEM , когда мы сравнили математические модели, описывающие синхронные и асинхронные электрические машины. Оказалось, что, в отличие от асинхронного двигателя, для описания синхронной электрической машины существует точная математическая модель. В то время, как для описания «асинхронников» приходится использовать только приблизительные, аппроксимированные модели. Отсюда и ассоциация с «аналогом» и «цифрой», двумя совершенно разными подходами, потребительскими свойствами и перспективами применения.

*В данной статье использовано изображение с ресурса

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector