На рис.7.7 приведены характеристики синхронных двигателей СДВ 17-39-12 и СДВ-17-59-12 (С – синхронный, Д – двигатель, В – для привода вентиляторов, 17 – габарит, 39 и 59 – длина сердечника статора, см, 12 – число полюсов) и ВДС 325/49-16. Характеристики синхронных двигателей (рис.7.7) имеют ряд преимуществ по сравнению с характеристиками , :
возможность работы с опережающим коэффициентом мощности;
более низкие потери;
синхронная вращения в независимости от нагрузки;
возможность плавного регулирования реактивной мощности и более высокое качество в узлах нагрузки;
способность сохранять устойчивую работу при колебаниях в питающей сети.
Последняя особенность связана с тем, что у синхронного двигателя максимальный момент пропорционален напряжению, а у АД – квадрату – рис.7.4.
Синхронные двигатели, наряду с наличием на роторе обмотки возбуждения, имеют и мощную демпферную систему, обеспечивающую пуск и разгон ротора до подсинхронной частоты вращения в асинхронном режиме, с замкнутой на гасительное сопротивление обмоткой возбуждения. По достижении подсинхронной частоты вращения осуществляется синхронизация двигателя путем включения АГП и доведение его частоты вращения до синхронной. Синхронизация усложняется при высоких коэффициентах загрузки двигателя, а в системе собственных нужд электростанций возможности разгрузки на период синхронизации отсутствуют – рис.7.7.
Недостатком синхронных электродвигателей является необходимость отключения АГП и перевод их в асинхронный режим даже при кратковременных глубоких понижениях питающего напряжения, связанных с неудаленными и ошибочным отключением рабочих вводов питания. При использовании синхронных двигателей на электростанциях они будут участвовать в самозапуске наряду с другими асинхронными двигателями в условиях более низких питающих напряжений по сравнению с пуском отдельного . При этом условия синхронизации усложняются.
Исходя из высокой чувствительности синхронных электродвигателей к глубоким понижениям напряжения, трудности синхронизации в условиях самозапуска, отсутствие необходимости компенсации реактивной мощности в системе СН ввиду небольшой удаленности синхронных генераторов, синхронные электродвигатели нашли ограниченное применение в системе СН электростанций. Синхронные электродвигатели используются для питания потребителей, не влияющих на немедленное прекращение технологического процесса: часть циркуляционных насосов, приводы компрессоров и вентиляторов, мельниц, дробилок. Перечисленные механизмы обычно имеют промежуточные бункеры топлива и запасы перекачиваемого рабочего тела в ресиверах.
В виде примера в табл.7.2 изображена мельница-вентилятор с приводным синхронным двигателем марки СДМЗ2-22-61-40УХЛ4, предназначенным для привода шаровых и стержневых мельниц. В обозначении типа:
С – синхронный, Д – двигатель, М – для привода мельниц, З – закрытого исполнения, 2 – вторая серия, 22 – габарит, 61 – длина сердечника статора, см, 40 – число полюсов, УХЛ4 – климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ. Пуск двигателя асинхронный прямой при номинальном напряжении сети с включением в цепь обмотки возбуждения разрядного сопротивления. В процессе пуска среднее на зажимах двигателя должно быть не менее 0,85Uном, минимальное в начале пуска – не менее 0,8Uном. Двигатель допускает два пуска подряд из холодного состояния или один пуск из горячего состояния при условии, что средний статический момент сопротивления механизма на валу за время пуска не превышает 0,8М ном при моменте инерции приводимого механизма не более указанного в табл.7.2. Возбуждение двигателя осуществляется от тиристорных возбудителей. Обращаем внимание на низкую частоту вращения электродвигателей серии СДМЗ2 в пределах 100 – 150 об/мин, на которые асинхронные двигатели не выпускаются.
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.
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.
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 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).
Подробности Опубликовано 08.11.2018 12:14История электромоторов составляет более 170 лет, однако наибольшее их развитие можно наблюдать за последние десять или около того лет. Появление электронных систем управления, позволяющих регулировать скорость и крутящий момент, и, следовательно, различные типы преобразователей частоты и системы плавного пуска произвели революцию на рынке для использования таких электроприводов.
В настоящее время электродвигатели используются не только для управления различными типами машин, но и в современных системах автоматизации. Двигатель, взаимодействующий с преобразователем частоты или сервоприводами используется в конвейерах, системах позиционирования, а также в приложениях, включая многоосевые приложения, которые требуют точных, быстрых и синхронизированных перемещений.
ПРИВОДНАЯ ТЕХНИКА В АВТОМАТИЗАЦИИ
Приводная техника, используемая в широко понятных системах автоматизации, охватывает довольно большую группу устройств.
Существуют не только двигатели постоянного тока, синхронные двигатели переменного тока, асинхронные двигатели, частотные преобразователи, но также сервоприводы, моторедукторы и другие механические элементы, которые позволяют регулировать скорость и крутящий момент двигателя.
Наиболее часто используемыми в автоматизации являются двигатели и низковольтные приводы мощностью от 1 киловатта до не более нескольких десятков, а иногда и нескольких сотен. Двигатели с системами рекуперации энергии становятся все более популярными в мире. Это связано не только с необходимостью использования высокопроизводительных устройств, но и с правилами регулирования потребления и энергии, которые становятся все более жесткими во многих странах.
Небольшие двигатели переменного тока, предлагаемые Украинскими поставщиками, являются синхронными и асинхронными двигателями. Универсальные двигатели, которые могут работать как с постоянной, так и с переменной мощностью постоянного тока, гораздо менее популярны среди украинских потребителей. Как уже упоминалось, наиболее продаваемыми являются двигатели мощностью от 1 Вт до 5 кВт, а также устройства мощностью от 5 Вт до 10 кВт.
Стоит отметить, что в Украине наиболее популярными сейчас являются асинхронные двигатели, которые могут быть легко использованы во всех видах систем привода, где не требуется точное управление двигателем. Асинхронные электродвигатели купить украина от мировых лидеров SIEMENS, ABB, FESTO, Phoenix Contact можно на сайте /simat.com.ua/
В случае сервоприводов пользователи обращают внимание на динамику привода и точность движения. Также важны такие параметры, как эффективность двигателя, что существенно влияет на общую стоимость поддержания системы автоматизации в данной компании.
Современные электродвигатели характеризуются простой конфигурацией и простотой эксплуатации. Инженеры делают упор на повышение их эффективности и улучшение рабочих параметров, а также на их автоматическую адаптацию к изменяющимся условиям нагрузки.
Проэкологическое строительство двигателя и низкое потребление энергии также становятся все более и более важными. Электродвигатели систематически
подвергаются миниатюризации. К сожалению, после уменьшения размеров двигателей, нет снижения мощности, но увеличивается их грузоподъемность.
Принимая во внимание контроль, наблюдается тенденция к цифровизации электродвигателей. Существует все больше доступных протоколов и коммуникационных
технологий, которые основаны главным образом на промышленном Ethernet.
Асинхронные двигатели используются для привода приводов, но у них есть конкретные области применения.
Асинхронные двигатели используются в приложениях с меньшим технологическим зацеплением, но там, где момент инерции привода значителен. Такие применения представляют собой плоские роликовые конвейеры или, насосы, вентиляторы, лифты, - говорит Конрад Флорчик, инженер-программист SEW-EURODRIVE Polska.
Синхронные серводвигатели в основном для специальных задач. Низкий момент инерции - высокая динамика плюс эффективный и эффективный контроль - эти параметры позволяют использовать эти двигатели, как манипуляторы или конечные механизмы машин.
АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Асинхронные двигатели являются наиболее часто используемыми типами электродвигателей в промышленности и автоматизации. По оценкам, более половины электроэнергии, производимой на электростанциях, потребляется асинхронными двигателями. Их преимущества включают, прежде всего, простоту конструкции, простоту в эксплуатации и низкую цену покупки и обслуживания. Асинхронные двигатели имеют хорошие параметры движения, и их характеристики могут быть сформированы путем изменения питания и сопротивления обмоток машины, что достигается путем подключения соответствующих внешних элементов. Электронные, полупроводниковые системы управления позволяют осуществлять плавный пуск и торможение асинхронных двигателей.
Также легко настроить мощность и скорость этого типа двигателя. К сожалению, асинхронные двигатели также имеют недостатки. Самой большой из них является необходимость обеспечения индуктивной реактивной мощности, которая влияет на увеличение потерь мощности в линиях электропередачи и заметные падения напряжения, видимые особенно во время запуска.
Асинхронные двигатели, с точки зрения источника питания, могут быть разделены на одно, двух и трехфазные, наиболее популярными в отрасли являются последние. В небольших двигателях используется двух- или однофазное питание.
СИНХРОННЫЕ МОТОРЫ
Основными задачами электродвигателя являются преобразование электричества в механическую энергию. Как и в большинстве электрических машин, возможен обратный процесс в двигателе (так называемый принцип обратимости работы), т. е. Преобразование механической энергии в электричество. Однако это свойство редко используется в промышленной практике.
Сегодняшние электродвигатели могут быть разделены по-разному. Самое простое разделение связано с типом питания, то есть на двигатели постоянного и переменного тока. .
Однако, с точки зрения систем привода, наиболее важным является разделение двигателей по их конструкции и принципу работы. В случае машин переменного тока имеются три основные группы двигателей: синхронные машины, асинхронные и машины переменного тока.
Наиболее многочисленной группой двигателей, представленных в системах промышленной автоматизации, являются синхронные и асинхронные двигатели с переменного тока. Синхронные электродвигатели отличаются от асинхронных двигателей конструкцией ротора, который дополнительно оснащен электромагнитами или постоянными магнитами.
Синхронный двигатель представляет собой электрическую машину, питаемую переменным током, в котором ротор в устойчивом состоянии вращается с той же угловой скоростью, что и магнитное поле, которое его активирует. Важно отметить, что скорость синхронного двигателя всегда постоянна и не зависит от нагрузки и напряжения питания.