строительство
Как и асинхронный двигатель, синхронный двигатель состоит из статора и ротора, разделенных воздушным зазором. Он отличается от асинхронного двигателя тем, что поток в воздушном зазоре не обусловлен компонентом тока статора.
Пара древних компрессоров для кондиционирования воздуха с углекислым газом, оснащенная двумя антивибрационными синхронными двигателями с открытой рамой мощностью 150 лошадиных сил. Этот тип системы кондиционирования относится к 1930-м годам. (фото кредит: Jeffs4653 через Flickr)
Он создается магнитами или током катушки поля, обеспечиваемым внешним источником постоянного тока, питающим обмотку, размещенную в роторе.
Давайте рассмотрим темы, которые мы обсудим.
- статор
-
ротор
- С постоянными магнитами
- С раневой катушкой
- Рабочие характеристики
-
Другие типы синхронных двигателей
-
Линейные двигатели
Практическая реализация (ВИДЕО)
- Синхронные асинхронные двигатели
-
Шаговые двигатели
Практическая реализация (ВИДЕО)
-
статор
Статор состоит из корпуса и магнитной цепи, обычно включающих слои кремниевой стали, и трехфазной катушки, аналогичной асинхронному двигателю, снабженному трехфазным переменным током для создания вращающегося поля.
РИСУНОК 1 - Магнитный скелет (верхняя половина) и структурные части (нижняя половина) десятиполюсного (720 об / мин при 60 циклах) синхронного двигателя.
Вернуться к содержанию ↑
ротор
Ротор несет магниты поля или катушки, через которые протекает постоянный ток, и которые создают расположенные северные и южные полюса. В отличие от асинхронных машин ротор вращается без скольжения со скоростью вращающегося поля.
Поэтому существуют два разных типа синхронных двигателей: магнитные двигатели и двигатели с ротационным ротором.
С постоянными магнитами
При использовании электродвигателей с магнитом ротор двигателя оснащен постоянными магнитами (см. Рис. 2) (обычно редкоземельными магнитами), чтобы добиться увеличения напряженности поля в небольшом объеме. Статор имеет трехфазные обмотки.
Эти двигатели могут выдерживать значительные перегрузочные токи для достижения ускорения ускорения.
Они всегда используются с приводом с переменной скоростью, и эти узлы моторного привода предназначены для конкретных рынков, таких как роботы или станки, для которых необходимы более мелкие двигатели, ускорение и полоса пропускания.
Рисунок 2 - Поперечное сечение двигателя с постоянными магнитами
Вернуться к содержанию ↑
С раневой катушкой
Второй тип синхронной машины имеет раневую катушку и является реверсивной машиной, которая может работать как генератор (генератор), так и двигатель. На протяжении многих лет эти машины в основном используются в качестве генераторов.
Их использование в качестве двигателей практически сводилось к приложениям, где необходимо было набирать нагрузки с фиксированной скоростью, несмотря на относительно большие колебания их резистивного крутящего момента.
Разработка прямых (циклопереключателей) или непрямых преобразователей частоты, работающих с естественным переключением из-за способности синхронных машин обеспечивать реактивную мощность, позволила создать высокопроизводительные и надежные электроприводы с переменной скоростью.
Эти диски особенно конкурентоспособны по сравнению с решениями конкурентов для номиналов мощности более одного мегаватта.
Несмотря на то, что можно найти синхронные двигатели, используемые в промышленности в диапазоне мощности от 150 кВт до 5 МВт, он превышает 5 МВт, что электроприводы, использующие синхронные двигатели, становятся практически существенными, в основном в сочетании с приводами с переменной скоростью.
Вернуться к содержанию ↑
Рабочие характеристики
Крутящий момент двигателя синхронной машины пропорционален напряжению на его клеммах, тогда как асинхронная машина пропорциональна квадрату этого напряжения. В отличие от асинхронного двигателя, он может работать с коэффициентом мощности, равным одному или очень близко к нему.
Таким образом, синхронный двигатель имеет ряд преимуществ перед асинхронным двигателем в отношении его способности питаться от сети постоянного напряжения / частоты:
- Скорость двигателя постоянна, независимо от нагрузки.
- Он может обеспечивать реактивную мощность и увеличивать коэффициент мощности установки.
- Он может выдерживать относительно большие падения напряжения (около 50% из-за его сверхвозбуждающих свойств) без остановки.
Тем не менее, синхронный двигатель, подаваемый напрямую постоянным напряжением / частотой, имеет два недостатка:
- У него возникают трудности. Если двигатель не комбинируется с приводом с переменной скоростью, запуск должен выполняться при холостом ходу, либо путем запуска DOL для небольших двигателей, либо с помощью пускового двигателя, который приводит его в движение на скорости, близкой к синхронной, до прямого подключения к линии поставка.
- Он может заглохнуть, если резистивный крутящий момент превышает максимальный электромагнитный момент. В этом случае весь процесс запуска должен быть повторен.
Вернуться к содержанию ↑
Другие типы синхронных двигателей
В заключение этого обзора промышленных двигателей мы также должны упомянуть линейные двигатели, синхронные асинхронные двигатели и шаговые двигатели.
Линейные двигатели
Их конструкция идентична структуре синхронных роторных двигателей: они состоят из статора (пластины) и ротора (форкера), которые находятся в линии. В общем, пластина движется вдоль форкера на направляющей. Этот тип двигателя устраняет всю промежуточную кинематику для преобразования движения, что означает, что на этом приводе нет никакого механического износа или механического износа.
Линейные электродвигатели могут управлять линейной нагрузкой без промежуточных шестеренок, винтов или коленчатых валов.
Линейный синхронный двигатель (LSM) представляет собой линейный двигатель, в котором механическое движение синхронно с магнитным полем, т. Е. Механическая скорость совпадает с скоростью движущегося магнитного поля (рис. 3).
Рисунок 3 - линейные шаговые двигатели с постоянным магнитом (PM)
Тяга (силовая сила) может генерироваться как действие:
-
Движущееся магнитное поле, создаваемое полифазной обмоткой, и массив магнитных полюсов N, S,
,
, N, S или ферромагнитная направляющая с переменным сопротивлением (LSM с обмотками якоря переменного тока);
-
Магнитное поле, создаваемое обмотками постоянного тока с электронным управлением и массив магнитных полюсов N, S,
,
, N, S или переменная сопротивляемость ферромагнитной направляющей (линейные ступенчатые или переключаемые двигатели с сопротивлением).
Часть, создающая движущееся магнитное поле, называется арматурой или форкером. Часть, которая обеспечивает постоянный магнитный поток или переменное сопротивление, называется полевой системой возбуждения (если существует система возбуждения) или рельефным рельсом, реакционной решеткой или плитой с переменным сопротивлением. Следует избегать терминов первичного и вторичного, поскольку они оправданы только для линейных асинхронных двигателей (LIM) или трансформаторов.
Работа LSM не зависит от того, какая часть подвижна и какая из них неподвижна.
Вернуться к содержанию ↑
Как работает линейный двигатель?
Линейные двигатели Yaskawa в движении
Вернуться к содержанию ↑
Синхронные асинхронные двигатели
Это асинхронные двигатели. Во время начальной фазы двигатель работает в асинхронном режиме, и когда он достиг скорости, близкой к синхронной, он переключается в синхронный режим.
Если он имеет высокую механическую нагрузку, он больше не может работать в синхронном режиме и возвращается в асинхронный режим. Эта особенность достигается специальной конструкцией ротора и, как правило, для двигателей с малой мощностью.
Вернуться к содержанию ↑
Шаговые двигатели
Шаговый двигатель является двигателем, который работает в соответствии с электрическими импульсами, подающими свои катушки. В зависимости от его электропитания это может быть:
- Униполярный, если его катушки всегда подаются в одном направлении одним напряжением, поэтому название однополярное.
- Биполярный, когда его катушки поставляются иногда в одном направлении, а иногда и в другом. Они иногда создают Северный полюс, а иногда и Южный полюс, отсюда и название биполярное.
Шаговые двигатели могут быть переменного типа сопротивления или магнита или их комбинации (см. Рис. 4).
Рисунок 4 - Три типа шагового двигателя
Минимальный угол поворота между двумя модификациями электрических импульсов называется шагом. Мотор характеризуется числом шагов за оборот (т. Е. На 360 °). Наиболее распространенными значениями являются 48, 100 или 200 шагов за оборот.
Поэтому двигатель вращается прерывисто. Чтобы улучшить разрешение, количество шагов может быть увеличено чисто электронным способом (микрошаговая операция). Изменяя ток в катушках ступенями (см. Рис. 5), создается результирующее поле, которое скользит с одного шага на другой, тем самым эффективно уменьшая шаг.
Цепи для микрошагов умножают количество шагов двигателя на 500, таким образом изменяя, например, от 200 до 100 000 шагов.
Рисунок 5 - Токовые шаги, применяемые к катушкам шагового двигателя для уменьшения его шага
Электроника может использоваться для управления хронологией этих импульсов и подсчета количества импульсов. Таким образом, шаговые двигатели и их цепи управления позволяют валу вращаться с высокой степенью точности с точки зрения скорости и амплитуды.
Таким образом, их работа аналогична работе синхронного двигателя, когда вал вращается непрерывно, что соответствует заданной частоте, крутящему моменту и значениям инерции рабочей нагрузки (см. Рис. 6). Если эти пределы превышены, двигатель останавливается, следствием чего является останов двигателя.
Рисунок 6 - Максимальный крутящий момент согласно ступенчатой частоте
Точное угловое позиционирование возможно без измерительной петли. Небольшие модели этих двигателей, как правило, с номинальной мощностью менее одного кВт, имеют источник питания низкого напряжения.
В промышленности эти двигатели используются для приложений управления положением, таких как установочные упоры для отрезания по длине, регулирующие клапаны, оптические или измерительные приборы, загрузочные и разгрузочные прессы или станки и т. Д.
Простота этого решения делает его особенно экономичным (без обратной связи). Магниевые шаговые двигатели также имеют преимущество при остановленном крутящем моменте, когда нет питания. С другой стороны, начальное положение движущейся части должно быть известно и учтено электроникой, чтобы обеспечить эффективный контроль.
Вернуться к содержанию ↑
Основы шагового двигателя - демо с помощью кнопок Push
Учебное пособие по двигателю Arduino
Вернуться к содержанию ↑
Рекомендации:
- Электродвигатели Э. Гошерона (Schneider Electric)
- Линейные синхронные двигатели Яцека Ф. Гираса, Збигнева Дж. Пьеха и Бронислава З. Томчука