Особенностью синхронных электродвигателей является то, что у магнитного потока и ротора скорости вращения одинаковы. По этой причине ротор электрического двигателя не изменяет свою скорость при увеличение нагрузки. На роторе находится обмотка, которая создает магнитное поле.
Иногда используются мощные постоянные магниты. Обычно в синхронных машинах на роторе столько же обмоток, сколько и на статоре. Так получается выровнять скорости вращения магнитного потока и ротора. Нагрузка, которая подключена к электродвигателю, на скорость не влияет вообще.
Конструкция электродвигателя
Устройство синхронного электродвигателя состоит из следующих элементов:
- Неподвижная часть — статор, на котором располагаются обмотки.
- Подвижный ротор, его иногда называют индуктором или якорем.
- Передние и задние крышки.
- Подшипники, устанавливаемые на роторе.
Между якорем и статором имеется свободное пространство. В пазах закладываются обмотки, они соединяются в звезду. Как только на двигатель подается напряжение, по обмотке якоря начинает протекать ток. Образуется магнитное поле вокруг индуктора. Но на статор тоже подаётся напряжение. И здесь возникает магнитный поток. Эти поля смещены относительно друг друга.
Как работает синхронный мотор
В синхронных машинах электромагниты на статоре являются полюсами, так как они работают на постоянном токе. Всего существует две схемы, по которым соединяются обмотки статоров:
- Явнополюсная.
- Неявнополюсная.
Для того чтобы снизить магнитное сопротивление и оптимизировать условия прохода поля, применяются сердечники, изготовленные из ферромагнетиков. Они имеются как в статоре, так и в роторе.
Изготавливаются они из специальных сортов электротехнической стали, в которой содержится огромное количество такого элемента, как кремний. С помощью этого удается значительно понизить вихревой ток, а также увеличить электрическое сопротивление металла.
В основе работы синхронных электродвигателей лежит взаимодействие полюсов статора и ротора. При запуске происходит ускорение до скорости движения потока. Именно в таких условиях электрический двигатель действует в синхронном режиме.
Метод запуска с помощью дополнительного электромотора
Ранее использовались специальные двигатели для запуска, которые соединялись с мотором при помощи механических устройств (ременной передачей, цепной, и пр.). Во время запуска ротор начинал вращаться и, постепенно ускоряясь, достигал значения синхронной скорости. После этого электродвигатель сам начинал работать. Именно такой принцип действия у синхронного электродвигателя, независимо от конструкции и производителя.
Обязательным условием является то, что пусковой электродвигатель должен иметь мощность около 15% от аналогичной характеристики разгоняемого мотора. Такой мощности оказывается вполне достаточно, чтобы запустить любой синхронный электродвигатель, даже если к нему подключена небольшая нагрузка. Этот метод довольно сложный, а себестоимость всего оборудования значительно повышается.
Современный метод запуска
Современные конструкции синхронных электродвигателей не оснащаются подобными схемами для разгона. Используется другая система запуска. Примерно таким образом происходит включение синхронной машины:
- При помощи реостата замыкаются обмотки ротора. В результате якорь становится короткозамкнутым, как на простых асинхронных электродвигателях.
- На роторе имеется еще и короткозамкнутая обмотка, которая является успокоительной, с ее помощью предотвращается качание якоря во время синхронизации.
- Как только якорь достигает минимальной скорости вращения, к его обмоткам подключается постоянный ток.
- Если используются постоянные магниты, то применять внешние пусковые двигатели придется обязательно.
Существуют криогенные синхронные электромоторы, в которых используется конструкция обращенного типа. Обмотки возбуждения изготавливаются из сверхпроводниковых материалов.
Преимущества синхронных машин
Асинхронные и синхронные электродвигатели имеют очень схожие конструкции, но различия всё равно имеются. В последних имеется явное преимущество в том, что происходит возбуждение от источника постоянного тока. В этом случае может мотор работать при очень большом коэффициенте мощности. Существуют также другие преимущества синхронных двигателей:
- Они работают с завышенным коэффициентом. Это позволяет уменьшить расход электроэнергии, а также существенно снижает потери тока. Коэффициент полезного действия синхронной машины будет намного выше, нежели у асинхронного двигателя с такой же мощностью.
- Крутящий момент напрямую зависит от того, какое напряжение в питающей сети. Даже при условии, что напряжение в сети уменьшится, мощность сохранится.
Но всё равно асинхронные машины используется намного чаще, нежели синхронная. Дело в том, что они имеют большую надежность, простую конструкцию, не требуют дополнительного ухода.
Недостатки синхронных двигателей
Оказывается, что недостатков у синхронных машин намного больше. Вот только основные:
- Схема синхронного электродвигателя довольно сложная, она состоит из большого количества элементов. Именно по этой причине себестоимость устройства оказывается очень высокой.
- Обязательно нужно использовать для питания индуктора источник постоянного тока. Это значительно усложняет всю конструкцию.
- Процедура запуска электрического двигателя довольно сложная, нежели у асинхронных машин.
- Произвести регулировку частоты вращения ротора можно только при помощи использования частотных преобразователей.
В целом же, преимущества существенно перекрывают недостатки синхронных электродвигателей. По этой причине они очень часто используются там, где необходимо вести непрерывный постоянный производственный процесс, где не нужно часто останавливать и запускать оборудование. Синхронные машины можно встретить в мельницах, дробилках, насосах, компрессорах. Они редко выключаются, работают почти постоянно. За счет применения таких моторов можно достичь существенной экономии электроэнергии.
