Τι είναι ένας σύγχρονος κινητήρας και πού χρησιμοποιείται

Οι σύγχρονοι ηλεκτρικοί κινητήρες (SD) δεν είναι τόσο συνηθισμένοι όσο οι ασύγχρονοι κινητήρες σκίουρου. Αλλά χρησιμοποιούνται όταν απαιτείται μεγάλη ροπή και κατά τη διάρκεια της εργασίας συχνά υπερφόρτωση. Επίσης, αυτός ο τύπος κινητήρα χρησιμοποιείται όταν απαιτείται μεγάλη ισχύ για την οδήγηση των μηχανισμών, λόγω του υψηλού συντελεστή ισχύος και της ικανότητας βελτίωσης του συντελεστή ισχύος του δικτύου, το οποίο θα μειώσει σημαντικά το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας και φορτίου στη γραμμή. Τι είναι ένας σύγχρονος κινητήρας, πού χρησιμοποιείται και ποια είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του που θα εξετάσουμε σε αυτό το άρθρο.

Ορισμός και αρχή της δράσης

Με απλά λόγια, ένας σύγχρονος κινητήρας ονομάζεται ηλεκτρικός κινητήρας του οποίου η ταχύτητα περιστροφής του ρότορα (άξονας) συμπίπτει με την ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου του στάτορα.

Ας εξετάσουμε εν συντομία την αρχή λειτουργίας ενός τέτοιου ηλεκτρικού κινητήρα - βασίζεται στην αλληλεπίδραση του μαγνητικού πεδίου περιστρεφόμενου στάτορα, το οποίο συνήθως δημιουργείται από τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα και το σταθερό μαγνητικό πεδίο του ρότορα.

Το σταθερό μαγνητικό πεδίο του ρότορα δημιουργείται από τους περιελίκτες διέγερσης ή τους μόνιμους μαγνήτες. Το ρεύμα στις περιελίξεις του στάτη δημιουργεί ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, ενώ ο ρότορας στον τρόπο λειτουργίας είναι ένας μόνιμος μαγνήτης, οι πόλοι του στρέφονται προς τους αντίθετους πόλους του μαγνητικού πεδίου του στάτη. Ως αποτέλεσμα, ο ρότορας περιστρέφεται συγχρόνως με το πεδίο στάτορα, το οποίο είναι το κύριο χαρακτηριστικό του.

Θυμηθείτε ότι κινητήρας επαγωγής η ταχύτητα περιστροφής του στάτη MP και η ταχύτητα περιστροφής του ρότορα διαφέρουν ανάλογα με την ποσότητα ολίσθησης και το μηχανικό χαρακτηριστικό του είναι «κοίλο» με κορυφή κατά την κρίσιμη ολίσθηση (κάτω από την ονομαστική ταχύτητα περιστροφής του).

Η ταχύτητα με την οποία περιστρέφεται το μαγνητικό πεδίο στάτορα μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση:

Ν = 60f / σελ

f είναι η συχνότητα του ρεύματος στην περιέλιξη, Hz, p είναι ο αριθμός ζευγών πόλων.

Κατά συνέπεια, η ταχύτητα περιστροφής του συγχρονισμένου άξονα κινητήρα καθορίζεται από τον ίδιο τύπο.

Οι περισσότεροι ηλεκτρικοί κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή κατασκευάζονται χωρίς μόνιμους μαγνήτες, αλλά με περιέλιξη διέγερσης, ενώ οι σύγχρονοι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος χαμηλής ισχύος κατασκευάζονται με μόνιμους μαγνήτες στο ρότορα.

Το ρεύμα προς την περιέλιξη πεδίου παρέχεται από δακτυλίους και ένα συγκρότημα βουρτσών. Σε αντίθεση με έναν ηλεκτρικό κινητήρα συλλέκτη, όπου ένας συλλέκτης (ένα σύνολο διαμήκως διατεταγμένων πλακών) χρησιμοποιείται για τη μετάδοση ρεύματος σε ένα περιστρεφόμενο πηνίο, οι δακτύλιοι είναι τοποθετημένοι στο σύγχρονο σε ένα άκρο του στάτορα.

Οι ενθουσιαστές Thyristor, που συχνά αποκαλούνται "VTE" (με το όνομα μιας από τις σειρές τέτοιων συσκευών εγχώριας παραγωγής) αποτελούν επί του παρόντος την πηγή διέγερσης συνεχούς ρεύματος.Προηγουμένως, το σύστημα διέγερσης γεννήτρια-κινητήρα χρησιμοποιήθηκε, όταν μια γεννήτρια είχε εγκατασταθεί στον ίδιο άξονα με τον κινητήρα (είναι επίσης διεγέρτης), η οποία αντιστάσεις εφαρμόζεται ρεύμα στην περιέλιξη πεδίου.

Ο ρότορας σχεδόν όλων των σύγχρονων κινητήρων DC εκτελείται χωρίς περιέλιξη διέγερσης και με μόνιμους μαγνήτες, παρόλο που είναι κατ 'αρχήν παρόμοιοι με τους LED LED, είναι πολύ διαφορετικοί όσον αφορά τον τρόπο σύνδεσης και ελέγχου από κλασικά τριφασικά μηχανήματα.

Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά ενός ηλεκτροκινητήρα είναι ένα μηχανικό χαρακτηριστικό. Είναι σύγχρονοι κινητήρες κοντά σε μια ευθεία οριζόντια γραμμή. Αυτό σημαίνει ότι το φορτίο στον άξονα δεν επηρεάζει την ταχύτητά του (μέχρι να φτάσει σε κάποια κρίσιμη τιμή).

Αυτό επιτυγχάνεται ακριβώς λόγω διέγερσης συνεχούς ρεύματος, και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο σύγχρονος ηλεκτρικός κινητήρας διατηρεί τέλεια συνεχείς περιστροφές υπό μεταβαλλόμενα φορτία, υπερφόρτωση και πτώσεις τάσης (έως ένα ορισμένο όριο).

Παρακάτω βλέπετε το σύμβολο στο διάγραμμα της σύγχρονης μηχανής.

Σχεδιασμός ρότορα

Όπως κάθε άλλο, ένας σύγχρονος ηλεκτρικός κινητήρας αποτελείται από δύο κύρια μέρη:

• Στάτορ. Οι περιελίξεις βρίσκονται σε αυτό. Ονομάζεται επίσης άγκυρα.
• Ρότορα Μόνιμοι μαγνήτες ή περιέλιξη διέγερσης εγκαθίστανται σε αυτό. Ονομάζεται επίσης επαγωγέας, λόγω του σκοπού του - να δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο).

Για την τροφοδοσία ρεύματος στο τύλιγμα πεδίου, 2 δακτύλιοι είναι εγκατεστημένοι στο ρότορα (αφού η διέγερση γίνεται με συνεχές ρεύμα, το "+" παρέχεται σε ένα από αυτά και το "-" στο άλλο). Οι βούρτσες είναι προσαρτημένες στη βάση της βούρτσας.

 

Οι ρότορες των σύγχρονων κινητήρων AC είναι δύο τύπων, ανάλογα με το σκοπό:

1. Ιδιαίτερα πολικό. Οι πόλοι (πηνία) είναι ορατά. Χρησιμοποιήστε σε χαμηλές ταχύτητες και μεγάλο αριθμό πόλων.
2. Σιωπηρό - μοιάζει με στρογγυλό κενό, στην υποδοχή στην οποία τοποθετούνται τα καλώδια των περιελίξεων. Χρησιμοποιήστε σε υψηλές ταχύτητες περιστροφής (3000, 1500 rpm) και μικρό αριθμό πόλων.

Σύγχρονη εκκίνηση κινητήρα

Ένα χαρακτηριστικό αυτού του τύπου ηλεκτρικών μηχανών είναι ότι δεν μπορεί απλά να συνδεθεί στο δίκτυο και να περιμένει την εκτόξευσή του. Επιπλέον, για τη λειτουργία του LED, δεν απαιτείται μόνο η πηγή του ρεύματος διέγερσης, αλλά και ένα αρκετά περίπλοκο κύκλωμα εκκίνησης.

Η εκκίνηση πραγματοποιείται όπως σε έναν επαγωγικό κινητήρα, και για να δημιουργηθεί μια στιγμή εκκίνησης, εκτός από την περιέλιξη πεδίου, τοποθετείται ένας επιπλέον τύλιγμα βραχυκυκλωμένου "κλουβιού σκίουρου" στον ρότορα. Ονομάζεται επίσης "απόσβεση" περιέλιξης, επειδή αυξάνει τη σταθερότητα κατά τη διάρκεια ξαφνικών υπερφορτώσεων.

Το ρεύμα διέγερσης στο τύλιγμα του ρότορα κατά την εκκίνηση απουσιάζει, και όταν επιταχύνεται σε μια υπο-σύγχρονη ταχύτητα (3-5% μικρότερη από τη σύγχρονη), εφαρμόζεται το ρεύμα διέγερσης, μετά το οποίο και το ρεύμα στάτη ταλαντεύεται, ο κινητήρας εισέρχεται στο συγχρονισμό και εισέρχεται στον τρόπο λειτουργίας.

Για να περιορίσετε τα ρεύματα εκκίνησης ισχυρών μηχανών, μερικές φορές μειώνουν την τάση στους ακροδέκτες των περιελίξεων του στάτη συνδέοντας έναν αυτομετασχηματιστή ή αντιστάσεις σε σειρά.

Ενώ το σύγχρονο μηχάνημα ξεκινά σε ασύγχρονη λειτουργία, οι αντιστάσεις συνδέονται με την περιέλιξη πεδίου, η αντίσταση της οποίας υπερβαίνει την αντίσταση της ίδιας της περιέλιξης κατά 5-10 φορές. Αυτό είναι απαραίτητο έτσι ώστε η παλμική μαγνητική ροή που προκύπτει από τη δράση των ρευμάτων που προκαλούνται στην περιέλιξη κατά την εκκίνηση να μην επιβραδύνει την επιτάχυνση, και επίσης να μην προκαλεί ζημιά στις περιελίξεις λόγω του emf που προκαλείται σε αυτήν.

Είδη

Υπάρχουν πολλοί τύποι τέτοιων μηχανών, ο σχεδιασμός ενός συγχρονισμένου κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος με περιελίξεις πεδίου, όπως ο πιο συνηθισμένος στην παραγωγή, περιγράφηκε παραπάνω. Υπάρχουν άλλοι τύποι, όπως:

• Σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη. Αυτοί είναι διάφοροι ηλεκτρικοί κινητήρες, όπως ο σύγχρονος κινητήρας PMSM - μόνιμος μαγνήτης, BLDC - Brushless Direct Current και άλλοι. Διαφορές μεταξύ των οποίων συνίστανται στη μέθοδο ελέγχου και στο σχήμα του ρεύματος (ημιτονοειδές ή τραπεζοειδές). Ονομάζονται επίσης κινητήρες χωρίς ψήκτρες ή χωρίς ψήκτρες.Χρησιμοποιείται σε εργαλειομηχανές, ραδιο-ελεγχόμενα μοντέλα, ηλεκτρικά εργαλεία κ.λπ. Δεν λειτουργούν απευθείας από συνεχές ρεύμα, αλλά μέσω ειδικού μετατροπέα.
• Κινητήρες Stepper - σύγχρονοι κινητήρες χωρίς ψήκτρες, στους οποίους ο ρότορας κρατά ακριβώς την καθορισμένη θέση, χρησιμοποιούνται για την τοποθέτηση του εργαλείου εργασίας στις μηχανές CNC και για τον έλεγχο διαφόρων στοιχείων αυτόματων συστημάτων (για παράδειγμα, τη θέση της βαλβίδας πεταλούδας στο αυτοκίνητο). Αποτελούνται από έναν στάτορα, στην περίπτωση αυτή, βρίσκονται σε αυτό περιελίξεις διέγερσης, και ένας ρότορας, ο οποίος είναι κατασκευασμένος από μαγνητικά μαλακό ή μαγνητικά σκληρό υλικό. Δομικά πολύ παρόμοιο με τους προηγούμενους τύπους.
• Αντιδραστικό.
• Υστέρηση.
• Αντιδραστική υστέρηση.

Οι τρεις τελευταίοι τύποι LED δεν έχουν επίσης πινέλα, λειτουργούν λόγω του ειδικού σχεδιασμού του ρότορα. Τα αντιδραστικά LED διακρίνουν τρία από τα σχέδιά τους: έναν εγκάρσιο στρωματοποιημένο ρότορα, έναν ρότορα με διακριτούς πόλους και έναν αξονικά στρωματοποιημένο ρότορα. Η εξήγηση της αρχής του έργου τους είναι αρκετά περίπλοκη και θα χρειαστεί μεγάλο ποσό, οπότε θα την παραλείψουμε. Τέτοιοι κινητήρες στην πράξη, είναι πιθανό να συναντήσετε σπάνια. Πρόκειται κυρίως για μηχανές χαμηλής ισχύος που χρησιμοποιούνται στον αυτοματισμό.

Πεδίο εφαρμογής

Οι σύγχρονοι κινητήρες είναι ακριβότεροι από τους ασύγχρονους, επιπλέον απαιτούν μια πρόσθετη πηγή διέγερσης συνεχούς ρεύματος - αυτό μειώνει εν μέρει το πλάτος του πεδίου αυτού του τύπου ηλεκτρικών μηχανών. Ωστόσο, σύγχρονοι ηλεκτρικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται για την κίνηση μηχανισμών όπου είναι δυνατή η υπερφόρτωση και απαιτείται ακριβής συντήρηση σταθερών περιστροφών.

Επιπλέον, χρησιμοποιούνται συχνότερα στον τομέα των μεγάλων δυνατοτήτων - εκατοντάδες κιλοβάτ και μονάδες μεγαβάτ, και ταυτόχρονα, η εκκίνηση και η διακοπή είναι μάλλον σπάνιες, δηλαδή, οι μηχανές λειτουργούν όλο το εικοσιτετράωρο. Αυτή η εφαρμογή οφείλεται στο γεγονός ότι τα σύγχρονα μηχανήματα λειτουργούν με cosfi κοντά στο 1, και μπορούν να παρέχουν άεργη ισχύ στο δίκτυο, γεγονός που βελτιώνει τον συντελεστή ισχύος του δικτύου και μειώνει την κατανάλωσή του, το οποίο είναι σημαντικό για τις επιχειρήσεις.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Με απλά λόγια, τότε οποιοδήποτε ηλεκτρικό αυτοκίνητο έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του. Τα πλεονεκτήματα ενός συγχρονισμένου κινητήρα είναι:

1. Εργασία με cosPhI = 1, λόγω διέγερσης συνεχούς ρεύματος, αντίστοιχα, δεν καταναλώνουν άεργη ισχύ από το δίκτυο.
2. Κατά τη λειτουργία, με υπερβολική διέγερση, δίνουν άεργη ισχύ στο δίκτυο, βελτιώνοντας τον συντελεστή ισχύος του δικτύου, την πτώση τάσης και τις απώλειες σε αυτό και αυξάνεται το CM των γεννητριών ηλεκτροπαραγωγής.
3. Η μέγιστη ροπή που αναπτύσσεται στον άξονα του LED είναι ανάλογη με το U και για το AD - U² (τετραγωνική εξάρτηση από την τάση). Αυτό σημαίνει ότι το LED έχει καλή χωρητικότητα και σταθερότητα φορτίου, τα οποία διατηρούνται κατά τη διάρκεια πτώσης τάσης στο δίκτυο.
4. Ως συνέπεια όλων αυτών, η ταχύτητα περιστροφής είναι σταθερή κατά τη διάρκεια υπερφόρτωσης και καθίζησης, εντός της χωρητικότητας υπερφόρτωσης, ειδικά με αυξανόμενο ρεύμα διέγερσης.

Ωστόσο, ένα σημαντικό μειονέκτημα ενός συγχρονισμένου κινητήρα είναι ότι ο σχεδιασμός του είναι πιο περίπλοκος από αυτόν ενός ασύγχρονου με βραχυκυκλωμένο ρότορα · απαιτείται διεγέρτης, χωρίς τον οποίο δεν μπορεί να λειτουργήσει. Όλα αυτά οδηγούν σε υψηλότερο κόστος σε σύγκριση με ασύγχρονα μηχανήματα και δυσκολίες συντήρησης και λειτουργίας.

Ίσως τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των σύγχρονων κινητήρων να τελειώνουν εκεί. Σε αυτό το άρθρο, προσπαθήσαμε να συνοψίσουμε γενικές πληροφορίες σχετικά με τους συγχρονισμένους κινητήρες. Εάν έχετε κάτι να συμπληρώσετε το υλικό - γράψτε στα σχόλια.

Σχετικά υλικά:

• Τι είναι ο ρότορας και ο στάτορας
• Πώς μεταφέρεται ηλεκτρισμός σε αποστάσεις χωρίς καλώδια
• Τι είναι ένας μετατροπέας συχνότητας