Материал: Реферат на тему_принцип_дії_синхроного_двигуна_Дудченко_Артем_ЕТЕС1901ст_индивідуальщик

Міністерство освіти і науки України

Сумський НАУ

РЕФЕРАТ

На тему: «Пристрій і принцип дії синхронного двигуна»

Виконав студент

Групи ЕТЕС-1901-ст

Дудченко Артем Вячеславович

м.Суми,2020

План

1. Вступ

2. Конструкція двигуна синхронного елктродвигуна

3. Принцип роботи синхронного елктродвигуна

4. Синхронні електрогенератори

5. Полюси обмоток двигуна

6. Характеристики синхронних двигунів

7. Запуск електродвигунів синхронного типу

8. Переваги та недоліки

Список використаної літертури

Вступ

Принцип дії синхронного двигуна приблизно такий же, як і у асинхронного. Але є декілька відмінностей, які мають ключове значення при виборі двигуна для тієї або іншої конструкції. В промисловості одержали широке поширення асинхронні машини – їх частка досягає 96% від загальної кількості електричних двигунів. Але це зовсім не говорить про те, що відсутні інші типи електричних агрегатів.

Відмінності від асинхронного двигуна

Головна відмінність синхронної машини полягає в тому, що швидкість обертання якоря така ж, як і аналогічна характеристика магнітного потоку. І якщо в асинхронних двигунах використовується короткозамкнений ротор, то в синхронних мається на ньому дротяна обмотка, до якої підводиться змінна напруга. У деяких конструкціях використовуються постійні магніти. Але це робить двигун дорожче.

Якщо збільшувати навантаження, що підключається до ротору, частота обертання його не зміниться. Це одна з ключових особливостей такого типу машин. Обов'язкова умова – у рухомого магнітного поля має бути стільки ж пар полюсів, скільки у електромагніту на роторі. Саме це гарантує постійну кутову швидкість обертання цього елемента двигуна. І вона не буде залежати від моменту, прикладеного до нього.

Конструкція синхронного електродвигуна

Пристрій і принцип дії синхронних двигунів нескладні. Конструкція включає в себе такі елементи, як:

- Нерухома частина – статор. На ній знаходиться три обмотки, які з'єднуються за схемою «зірка» або «трикутник». Статор зібраний з пластин електротехнічної сталі з високим ступенем провідності.

- Рухома частина – ротор. На ньому теж є обмотка. При роботі на неї подається напруга.Між ротором і статором є прошарок повітря. Вона забезпечує нормальне функціонування двигуна і дозволяє магнітному полю безперешкодно впливати на елементи агрегату. У конструкції присутні підшипники, в яких обертається ротор, а також клемна коробка, розташована у верхній частині двигуна.

Принцип роботи синхронного електродвигуна

Якщо коротко, принцип дії синхронного двигуна, як і будь-якого іншого, полягає в перетворенні одного виду енергії в інший. А конкретно – в електричної механічну. Працює мотор таким чином:

- На статорні обмотки подається змінна напруга. Воно створює магнітне поле.

- На обмотки ротора також подається змінна напруга, що створює поле. Якщо використовуються постійні магніти, то це поле вже за замовчуванням є.

- Два магнітних поля взаимопересекаются, протидіють один одному – одне штовхає інше. З-за цього рухається ротор. Саме він встановлений на шарикопідшипниках і здатний вільно обертатися, дати йому потрібно тільки поштовх.От і все. Тепер залишається тільки використовувати отриману механічну енергію в потрібних цілях. Але потрібно знати, як правильно вивести в нормальний режим синхронний двигун. Принцип роботи у нього відрізняється від асинхронного. Тому потрібно дотримуватися певних правил.

Для цього підключають електродвигун до обладнання, яке необхідно привести у рух. Зазвичай це механізми, які повинні працювати практично без зупинок – витяжки, насоси та інше.

Синхронний електро генератори

Зворотна конструкція – синхронні генератори. В них процеси протікають трохи інакше. Принцип дії синхронного генератора і синхронного двигуна відрізняються, але не суттєво:

- На обмотку статора не подається напруга. З неї воно знімається.

- На обмотку ротора подається змінна напруга, яка необхідна для створення магнітного поля. Споживання електроенергії дуже маленьке.

- Ротор електрогенератора розкручується за допомогою дизельного або бензинового двигуна або ж силою води, вітру.

- Навколо ротора є магнітне поле, яке рухається. Тому в обмотці статора індукується ЕРС, а на кінцях з'являється різниця потенціалів.Але в будь-якому випадку потрібно стабілізувати напругу на виході генераторної установки. Для цього досить підключити роторну обмотку від джерела, напруга якого постійно і не змінюється при коливаннях частоти обертання.

Полюси обмоток двигуна

Як і усі електричні машини, синхронна машина обернена і мо­же широко використовуватися у промисловості як генератори та двигу­ни переважно великої потужності. Синхронні машини належать до кла­су машин змінного струму. Частота обертання ротора синхронної машини дорівнює частоті обертового магнітного поля, тобто nt = и2> 5=0.

Синхронна машина складається із статора і ротора (рис. 1). Конструкція статора принципово не відрізняється від конструкції стартера асинхронного двигуна. Тобто у ших­тованому осерді розташована трифазна об­мотка статора. Ротор синхронної машини являє собою електромагніт, обмотка якого живиться від джерела постійного струму.

Ротор синхронної машини буває двох типів:

— явнополюсний;

— неявнополюсний.

Явнополюсний ротор (рис. 1) вико­ристовується здебільшого у тихохідних синхронних машинах. Обмотка ротора при­єднується до контактних кілець і за допо­могою щіток на неї подається постійна на­пруга. У машинах з великою швидкістю обертання (турбогенераторах, газогенератоpax) застосовується неявнополюсний ротор.

На рис. 2 наведено схему неявнополюсного ротора з однією парою полюсів. У багатополюсних роторах полюси чергуються по колу. Обмотка ротора збуджує постійний магнітний потік і називається обмоткою збудження.

У генераторному режиміобмотка збудження вмикається на постійну напругу. Магнітне поле ротора обертається разом з ротором і перетинає трифазну обмотку статора. У фазах індукується ЕРС

E = 4,44 fwkФm

де w — число витків,

k — обмотковий коефіцієнт. Частота індукованої ЕРС

У режимі двигуна, крім постійної напруги, що подається на обмотку збудження, подається також трифазна синусоїдна напруга на обмотку статора. Обмотка збуджує обертове магнітне поле, яке захоплює у синхронному обертанні поле ротора й сам ротор. Тобто ротор обер­тається з частотою обертання магнітного поля (синхронною частотою)

Ці елементи розташовуються як в роторі, так і в статорі. Для виготовлення використовуються тільки сорти електротехнічної сталі. У ній дуже багато кремнію. Це відмітна особливість такого виду металу. Це дозволяє істотно зменшити вихрові струми, підвищити електричне опір сердечника.

Вплив полюсів

В основі конструкції і принципу дії синхронних двигунів лежить забезпечення впливу пар полюсів ротора і статора один на одного. Для забезпечення роботи потрібно розігнати індуктор до певної швидкості. Вона дорівнює тієї, з якою обертається магнітне поле статора. Саме це дозволяє забезпечити нормальну роботу в синхронному режимі. В момент, коли відбувається запуск, магнітні поля статора і ротора взаємно перетинаються. Це називається «вхід у синхронізацію». Ротор починає обертатися зі швидкістю, як у магнітного поля статора.

Характеристики синхронних двигунів

Основною перевагою синхрон­ного двигуна перед двигунами інших типів є абсолютно жорстка механічна харак­теристика (рис. 3). Тобто ротор обер­тається зі швидкістю обертового магнітного поля, що збуджується статором. Швидкість обертання поля не залежить від моменту опору. Якщо опір більший за максималь­ний, ротор зупиняється.

Рис.3.

П олюси статора і ротора обертаються з однаковою швидкі­стю. Але між осями цих полюсів є деяке кутове зміщення. Це зміщення залежить від моменту опору. Залежність електромагнітного моменту від

кута між осями полюсів статора і ротора на­зивається кутовою характеристикою дви­гуна (рис. 4). Момент має позитивні зна­чення у межах

але стійкий режим роботи може бути тількі на ділянці

Рис. 4

Звичайно θном = (20 .30)0.

Синхронні двигуни використовують там, де потрібна ста­більна швидкість обертання, економічність. Безконтактні мікродвигу-ни з однофазною та трифазною обмотками статора застосовують у про­грамних механізмах, електрогодинниках, звуковій апаратурі тощо.

U-подібною характери­стикою синхронного двигуна нази­вається залежність струму якоря від струму збудження при сталому галь­муючому моменті. Як і у генератора, мінімальний струм забезпечується при коефіцієнті потужності cosφ= 1 (рис. 5).

При ф > 0, струм обмежується об­ластю нестійкої роботи двигуна (θ > π/2), а при ф < 0 — магнітним насиченням осердя.

Рис.5.

Запуск електродвигунів синхронного типу

Найскладніше в роботі синхронного двигуна – це його запуск. Саме тому його використовують вкрай рідко. Адже конструкція ускладнюється за рахунок запуску системи. Протягом довгого часу робота синхронного двигуна залежала від розгінного асинхронника, механічно з'єднаний з ним. Що це означає? Другий тип двигуна (асинхронний) дозволяв розігнати ротор синхронної машини до подсинхронной частоти. Звичайні асинхронники не вимагають спеціальних пристроїв для запуску, достатньо лише подати робоча напруга на обмотки статора.

Після того, як буде досягнута необхідна швидкість, відбувається відключення розгінного двигуна. Магнітні поля, які взаємодіють в електричному двигуні, самі виводять його на роботу в синхронному режимі. Для розгону потрібно інший двигун. Його потужність має становити приблизно 10-15 % від аналогічної характеристики синхронної машини. Якщо потрібно вивести в режим електродвигун 1 кВт, для нього буде потрібно розгінний мотор потужністю 100 Вт. Цього цілком достатньо, щоб машина змогла працювати як в режимі холостого ходу, так і з незначним навантаженням на валу.

Більш сучасний спосіб розгону

Вартість такої машини виявлялася набагато вище. Тому простіше використовувати звичайний асинхронний двигун, нехай і багато у нього недоліків. Але саме його принцип роботи і був використаний для зменшення габаритів і вартості всієї установки. За допомогою реостата проводиться замикання обмоток на роторі. В результаті двигун стає асинхронним. А запустити його виявляється набагато простіше – просто подається напруга на обмотки статора.