г. Москва, ул. М. Почтовая 12с1
м. Бауманская
офис 504

Чем асинхронные электродвигатели отличаются от синхронных

25.06.2018

Чем асинхронные электродвигатели отличаются от синхронных

Самые распространённые электродвигатели - трёхфазные машины переменного тока. Они есть двух видов - асинхронные и синхронные. В этой статье рассказывается в чём сходство и различие между машинами обоих типов и область их применения.


Принцип действия и устройство электромашин разных типов


Асинхронные и синхронные электродвигатели похожи по конструкции, но есть и отличия.


Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей


Это самые распространённые машины переменного тока. Такие электродвигатели состоят из трёх основных частей:

· Корпус с подшипниковыми щитами и лапами или фланцем.

· В корпусе находятся магнитопровод из железных пластин с обмотками. Этот магнитопровод носит название статор.

· Вал с подшипниками и магнитпроводом. Эта конструкция называется ротор. В электродвигателях с короткозамкнутым ротором в магнитопроводе находятся соединённые между собой алюминиевые стержни, эта конструкция носит название "беличья клетка". В машинах с фазным ротором вместо стержней намотаны обмотки.

В пазах статора со сдвигом 120° намотаны три обмотки. При подключении к трёхфазной сети в статоре наводится вращающееся магнитное поле. Скорость вращения называется "синхронная скорость".


Справка! В однофазных электродвигателях вращающееся поле создаётся дополнительной обмоткой или конструктивными особенностями статора.


Это поле наводит ЭДС в роторе, возникающий при этом ток создаёт своё поле, взаимодействующее с полем статора и приводящее его в движение. Скорость вращения ротора меньше синхронной скорости. Эта разница называется скольжение.


Рассчитывается скольжение по формуле S=(n1-n2)/n1*100%, где:

· n1 - синхронная скорость;

· n2 - скорость вращения ротора.


Номинальная величина скольжения в обычных электромоторах 1-8%. При увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение и вращающий момент растут до критической величины, при достижении которой двигатель останавливается.


В электродвигателях с фазным ротором вместо беличьей клетки в пазах ротора намотаны три обмотки. Через токосъёмные кольца и щётки они подключаются к добавочным сопротивлениям. Эти сопротивления ограничивают ток и магнитное поле в роторе. Это увеличивает скольжение и уменьшает скорость двигателя.

Такие аппараты используются при тяжёлом пуске и в устройствах с регулировкой скорости, например, в мостовых кранах.


Принцип действия синхронных электродвигателей


Эти двигатели устроены сложнее и дороже асинхронных машин. Их достоинство в постоянной скорости вращения, не меняющейся при нагрузке.

Статор синхронной машины не отличается от асинхронной. Отличие в роторе. В отличие от асинхронного двигателя, вращение осуществляется за счёт взаимодействия вращающегося магнитного поля статора и постоянного поля ротора. Для его создания в роторе находятся электромагниты. Напряжение к катушкам подводится при помощи токосъёмных колец и графитных щёток.


Справка! В роторе синхронных машин малой мощности вместо электромагнитов установлены постоянные или просто магнитопровод имеет явновыраженные полюса.


Скольжение, как в асинхронных машинах, отсутствует, и частота вращения определяется только частотой питающего напряжения.


Запуск электродвигателей


Асинхронные электрические машины мощностью до 30-50кВт запускаются прямой подачей электроэнергии. С двигателями большой мощности и синхронными машинами дело обстоит сложнее.


Пуск асинхронных двигателей большой мощности


Для запуска таких машин используются разные способы:

· Включение добавочных сопротивлений в цепь статора. Они ограничивают пусковой ток, а после разгона закорачиваются пускателем.

· В аппаратах, предназначенных для работы в сети с фазным напряжением 660 вольт обмотки в сети 380 вольт соединены треугольником. На время пуска они переключаются в звезду.

· В электромашинах с фазным ротором для запуска в цепь ротора включаются добавочные сопротивления. После разгона они закорачиваются.

· При наличии регулировки скорости, переключением обмоток или изменением частоты, двигатель включается на минимальные обороты. После начала вращения, обороты увеличиваются.

 

Пуск синхронных электромашин


В отличие от асинхронных машин, пуск которых производится взаимодействием поля статора и обмоток или беличьей клетки ротора, синхронную машину необходимо предварительно разогнать до скорости, близкой к синхронной. 


Это осуществляется разными способами:

·   С помощью дополнительного асинхронного двигателя. Так запускаются машины с постоянными магнитами в роторе. При достижении скорости, близкой к синхронной, асинхронхронник отключается и подаётся напряжение в статор синхронного двигателя.

· Асинхронный пуск. В роторе, кроме электромагнита, находится "беличья клетка". С её помощью аппарат разгоняется, после чего в обмотку подаётся постоянное напряжение, и двигатель начинает работать в качестве синхронного.

· Обмотки ротора закорачиваются напрямую или через добавочное сопротивление. После разгона в них подаётся постоянное напряжение.

· При помощи ТПЧ (тиристорного преобразователя частоты) частота питающего напряжения и скорость вращения плавно поднимается до номинальной. Этот способ применяется в механизмах с регулировкой скорости.

 

Особенности и применение разных  видов электродвигателей


У каждого типа двигателей есть достоинства и недостатки по сравнению с другими. Это определяет область их применения. Применение разных типов электромашин зависит от их особенностей конструкции и принципа действия. 


Синхронные аппараты мощностью от 100кВт до 20мВт используются в качестве силовых приводов насосов, компрессоров и других механизмов. До 100кВт выгоднее асинхронные машины, а синхронные применяются только при необходимости обеспечить постоянную частоту вращения.

 


Достоинства и использование асинхронных электродвигателей


Такие машины имеют достоинства перед синхронными аппаратами:

· простота конструкции и низкая цена; аппараты с фазным ротором позволяют регулировать скорость вращения и осуществлять плавный пуск без использования преобразователей частоты;

· большое разнообразие мощностей - от нескольких ватт до десятков киловатт.

· Кроме достоинств есть недостатки:

· падение скорости вращения при росте нагрузки;

· более низкий КПД и большие габариты, чем у синхронных аппаратов той же мощности;

· кроме активной, такие аппараты потребляют реактивную (индуктивную) мощность, что ведёт к необходимости устанавливать компенсаторы или дополнительно оплачивать реактивную электроэнергию.


Используются такие машины практически везде, где необходимо приведение в движение механизма и есть трёхфазное напряжение 380 вольт.

Применение синхронных машин


Достоинства таких машин:

· Регулировка путём изменения тока возбуждения cos φ. Это позволяет уменьшить ток потребления, габариты и сечение подводящего кабеля, а также увеличить КПД. Кроме того, такие аппараты используются в качестве компенсаторов реактивной мощности.

· Менее чувствительны к колебаниям напряжения и обладают большей перегрузочной способностью, особенно к ударным нагрузкам. Способность к превышению мощности повышается путём перевозбуждения обмоток ротора. Благодаря этому такие двигатели используются в экскаваторах, гильотинных ножницах и других подобных механизмах.

· Частота вращения не меняется при изменения нагрузки. Поэтому синхронные машины применяются в прецизионных станках в металлургии, машиностроении и деревообатывающей промышленности.

 


Возврат к списку

Наверх ↑