Электрический двигатель — это устройство, обеспечивающее преобразование электрической энергии в механическую. Конструктивно агрегат состоит из статора (фиксирован) и ротора (вращается). Первый создает магнитный поток, а второй крутится под действием электродвижущей силы (ЭДС).
Отличие – кратко простыми словами
Если говорить кратко и простыми словами, синхронный и асинхронный двигателя отличаются конструкцией роторов. Внешне понять какой перед вами электродвигатель практически невозможно, за исключением наличия дополнительных ребер охлаждения у асинхронных электродвигателей.
В устройстве, работающем на синхронном принципе, на роторе предусмотрена обмотка с независимой подачей напряжения.
У асинхронного мотора ток на ротор не подается, а формируется с помощью магнитного статорного поля. При этом статоры обоих агрегатов идентичны по конструкции и несут аналогичную функцию — создание магнитного поля.
- Дополнительно в синхронном двигателе магнитные поля статора и ротора взаимодействуют друг с другом и имеют равную скорость.
- У асинхронных агрегатов в роторных пазах имеются короткозамкнутые пластинки из металла или контактные кольца, обеспечивающие разность магнитного поля роторного и статорного механизма на величину скольжения.
Несмотря на видимую простоту, разобраться с этим вопросом сразу вряд ли получится, поэтому рассмотрим вопрос более подробно. Поговорим об особенностях и отличиях асинхронных и синхронных машин.
Синхронный двигатель (СД)
Синхронный двигатель — агрегат с индивидуальной конструкцией ротора и индуктором с постоянными магнитами. Отличается улучшенными характеристиками мощности, момента и инерции. Имеет ряд особенностей конструкции и принципе действия.
Устройство
Конструктивно состоит из двух элементов: ротора (вращается) и статора (фиксированный механизм). Роторный узел находится во внутренней части статора, но бывают конструкции, когда ротор расположен поверх статора.
В состав ротора входят постоянные магниты, отличающиеся повышенной коэрцитивной силой.
Конструктивно СД делятся на два типа по полюсам:
- Неявно выраженные. Отличаются одинаковой индуктивностью по поперечной и продольной оси.
- Явно выраженные. Поперечная и продольная индуктивность имеют разные параметры.
- Конструктивно роторы бывают разными устройством и по конструкции.
- В частности, магниты бывают:
- Наружной установки.
- Встроенные.
Статор условно состоит из двух компонентов:
- Кожух.
- Сердечник с проводами.
Обмотка статорного механизма бывает двух видов:
- Распределенная. Ее отличие состоит в количестве пазов на полюс и фазу. Оно составляет от двух и более.
- Сосредоточенная. В ней количество пазов на полюс и фазу всего одно, а сами пазы распределяются равномерно по поверхности статорной части. Пара катушек, формирующих обмотку, могут соединяться в параллель или последовательно. Минус подобных обмоток состоит в невозможности влияния на линию ЭДС.
Форма электродвижущей силы электрического синхронного мотора бывает в виде:
- Трапеции. Характерна для устройств с явно выраженным полюсом.
- Синусоиды. Формируется за счет скоса наконечников на полюсах.
Если говорить в целом, синхронный мотор состоит из следующих элементов:
- узел с подшипниками;
- сердечник;
- втулка;
- магниты;
- якорь с обмоткой;
- втулка;
- «тарелка» из стали.
Принцип работы
Сначала к обмоткам возбуждения подводится постоянный ток. Он создает магнитное поле в роторной части. Статор устройства содержит обмотку для создания магнитного поля.
Как только на статорную обмотку подается ток переменной величины, по закону Ампера создается крутящий момент, и ротор начинает вращаться с частотой, равной частоте тока в статорном узле. При этом оба параметра идентичны, поэтому и двигатель носит название синхронный.
- Роторная ЭДС формируется, благодаря независимому источнику питания, что позволяет менять обороты и не привязываться к мощности подключенных потребителей.
- С учетом особенностей работы синхронный электродвигатель не может запуститься самостоятельно при подключении к трехфазному источнику тока.
- Электродвигатель синхронного типа имеет широкую сферу применения, благодаря постоянству частоты вращения.
- Эта особенность расширяет сферу его применения:
- энергетика: источники реактивной мощности для поддержания напряжения, сохранение устойчивости сети при аварийных просадках;
- машиностроение, к примеру, при изготовлении гильотинных ножниц с большими ударными нагрузками;
- прочие направления — вращение мощных компрессоров или вентиляторов, генераторы на электростанциях, обеспечение устойчивой работы насосного оборудования и т. д.
Как подключить электродвигатель 380В на 220В
Преимущества и недостатки
После рассмотрения конструктивных особенностей, принципа работы и сферы применения СД подведем итог по положительным / отрицательным особенностям.
Плюсы:
- Возможность работы при косинусе Фи равном единице (отношение полезной мощности к полной). Эта особенность улучшает косинус Фи сети. При работе с опережающим током синхронные машины генерируют реактивную мощность, которая поступает к асинхронным моторам и уменьшает потребление «реактива» от генераторов электрических станций.
- Высокий КПД, достигающий 97-98%.
- Повышенная надежность, объясняемая большим воздушным зазором.
- Доступность регулирования перегрузочных характеристик, благодаря изменению тока, подаваемого в ротор.
- Низкая чувствительность к изменению напряжения в сети.
Минусы:
- Более сложная конструкция и, соответственно, высокая стоимость изготовления.
- Трудности с пуском, ведь для этого нужные специальные устройства: возбудитель, выпрямитель.
- Потребность в источнике постоянного тока.
- Применение только для механизмов, которым не нужно менять частоту вращения.
Пример СД2-85/37-6У3, 500кВт, 1000об/мин, 6000В.
СД2-85/37-6У3, 500кВт, 1000об/мин, 6000В
Асинхронный двигатель (АД)
Асинхронный (индукционный) электродвигатель, имеющий разную частоту вращения магнитного поля в статоре и скорости ротора. В зависимости от типа и настройки может работать в двигательном или генераторном режиме, режиме ХХ или электромагнитного тормоза.
Конструктивные особенности
Конструктивно асинхронные механизмы трудно отличить от синхронных. Они также состоят из двух основных узлов: статора и ротора. При этом роторный узел может быть фазным или короткозамкнутым. Но небольшие конструктивные отличия все-таки имеются.
Рассмотрим, из чего состоит асинхронный двигатель:
- сердечник;
- вентилятор с корпусом;
- подшипник;
- коробка с клеммами;
- тройная обмотка;
- контактные кольца.
С учетом сказанного одним из главных отличий является отсутствие обмоток на якоре (исключением являются фазные АД). Вместо обмотки в роторе находятся стержни, закороченные между собой.
Принцип действия
В асинхронном двигателе магнитное поле создается, благодаря току в статорной обмотке, находящейся на специальных пазах. На роторе, как отмечалось выше, обмоток нет, а вместо них накоротко объединенные стержни. Такая особенность характерна для короткозамкнутого роторного механизма.
- Во втором типе ротора (фазном) на роторе предусмотрены обмотки, ток и сопротивление которых могут регулироваться реостатным узлом.
- Простыми словами, принцип действия можно разложить на несколько составляющих:
- При подаче напряжения в статоре создается магнитное поле.
- В роторе появляется ток, взаимодействующий с ЭДС статора.
- Роторный механизм вращается в том же направлении, но с отставанием (скольжением) размером от 1 до 8 процентов.
- Асинхронные электромоторы пользуются большим спросом в быту, благодаря простоте конструкции и надежности в эксплуатации.
- Они часто применяются в бытовой аппаратуре:
- стиральных машинках;
- вентиляторе;
- вытяжке;
- бетономешалках;
- газонокосилках и т. д.
Также применяются они и в производстве, где подключаются к 3-фазной сети.
К этой категории относятся следующие механизмы:
- компрессоры;
- вентиляция;
- насосы;
- задвижки автоматического типа;
- краны и лебедки;
- станки для обработки дерева и т. д.
Асинхронные машины применяются в электрическом транспорте и других сферах. Они нашли применение в башенных кранах, лифтах и т. д.
Пример Трехфазный АИР 315S2 660В 160кВт 3000об/мин.
Трехфазный АИР 315S2 660В 160кВт 3000об/мин
Преимущества и недостатки
Электродвигатель асинхронного типа имеет слабые и сильные места, о которых необходимо помнить.
Преимущества:
- Простая конструкция, которая обусловлена трехфазной схемой подключения и простым принципом действия.
- Более низкая стоимость, по сравнению с синхронным аналогом.
- Возможность прямого пуска.
- Низкое потребление энергии, что делает двигатель более экономичным.
- Высокая степень надежности, благодаря упрощенной конструкции.
- Универсальность и возможность применения в сферах, где нет необходимости в поддержке частоты вращения, или имеет место схема управления с обратной связью.
- Возможность применения при подключении к одной фазе.
- Успешный самозапуск группы АД в случае потери и последующей подачи на них напряжения.
- Минимальные расходы на эксплуатацию. Все, что требуется — периодически чистить механизма от пыли и протягивать контактные соединения. При соблюдении требований производителей менять подшипники можно с периодичностью раз в 15-20 лет.
Недостатки:
- Наличие эффекта скольжения, обеспечивающего отставание вращения ротора от частоты вращения поля внутри механизма.
- Потери на тепло. Асинхронные моторы имеют свойство перегреваться, особенно при большой нагрузке. По этой причине корпус изделия делают ребристым для увеличения площади охлаждения (у СД такое применяется не на всех моделях). Дополнительно может устанавливаться вентилятор для обдува поверхности.
- Напряжение только на 220 В и выше. Из-за конструктивных особенностей такие электродвигатели не производятся для рабочего напряжения меньше 220 В. В качестве замены часто применяются гидро- или пневмоприводы.
- Небольшой КПД в момент пуска и высокая реактивность. По этой причине мотор может перегреваться уже при пуске. Это ограничивает количество пусков в определенный временной промежуток.
- Синхронная частота вращения не может быть больше 3000 об/мин, ведь в ином случае требуется использование турбированного привода или повышающего редуктора.
- Трудности регулирования устройств, которые приводятся в движение «синхронниками».
- Повышенный пусковой ток — одна из главных проблем асинхронных моторов, имеющих мощность свыше 10 кВт. В момент пуска токовая нагрузка может превышать номинальную в шесть-восемь раз и длиться до 5-10 секунд. По этой причине для «асинхронников» не рекомендуется прямое подключение.
- При появлении КЗ возле шин с работающим двигателем появляется подпитка тока.
- Чувствительность к изменениям напряжения. При отклонении этого параметра более, чем на 5% показатели электродвигателя отклоняются от номинальных. В случае снижения напряжения уменьшается момент АД.
Сравнение синхронного и асинхронного двигателей
В завершение можно подвести итог, в чем главные отличия асинхронных (АД) и синхронных (СД) моторов.
Выделим базовые моменты:
- Ротору асинхронных моторов не требуется питание по току, а индукция на полюсах зависит от статорного магнитного поля.
- Обороты АД под нагрузкой отстают на 1-8% от скорости вращения поля статора. В СД количество оборотов одинаково.
- В «синхроннике» предусмотрена обмотка возбуждения.
- Конструктивно ротор СД представляет собой магнит: постоянный, электрический. У АД магнитное поле в роторном механизме наводится с помощью индукции.
- У синхронной машины нет пускового момента, поэтому для достижения синхронизации нужен асинхронный пуск.
- «Синхронники» применяются в случаях, когда необходимо обеспечить непрерывность производственного процесса и нет необходимости частого перезапуска. АД нужны там, где требуется большой пусковой момент и имеют место частые остановки.
- СД нуждается в дополнительном источнике тока.
- «Асинхронники» медленнее изнашиваются, ведь в их конструкции нет контактных колец со щетками.
- Для АД, как правило, характерно не круглое количество оборотов, а для СД — округленное.
Про реактивную мощность
Синхронные электродвигатели генерируют и одновременно потребляют реактивную мощность. Особенности и параметры «реактива» зависит от тока в возбуждающей обмотке. При полной нагрузке косинус Фи равен 1. В таком режим СД не потребляет «реактив» из сети, а ток в статорной обмотке минимален.
Здесь важно понимать, что реактивная мощность ухудшает параметры энергосистемы. Большой параметр неактивных токов приводит к повышению расхода топлива, увеличению потерь и снижению напряжения.
Кроме того, «реактив» грузит линии передач электроэнергии, что ведет к необходимости увеличения сечения кабелей и проводов, а, соответственно, повышению капитальных расходов.
Сегодня одна из главных задач энергетиков — компенсация реактивной мощности. К основным ее потребителям относят АД, потребляющие 40% «реактива», электрические печи, преобразователи, ЛЭП и силовые трансформаторы.
Какой лучше
При сравнении асинхронного и синхронного электродвигателей трудно ответить, какой лучше. По конструкции и надежности выигрывает АД, который при умеренной нагрузке имеет более продолжительный срок службы. У СД щетки быстро изнашиваются, что требует их замены.
В остальном это два схожих по конструкции, но отличающихся по принципу действия механизма, имеющих индивидуальные сферы применения.
Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного?
Основная задача электродвигателя — преобразовывать электрическую энергию в механическую. Сегодня электродвигатели изготавливаются как постоянного, так и переменного тока.
Среди двигателей переменного тока лидируют асинхронные и синхронные двигатели. Асинхронные двигатели малой и средней мощности относятся к группе наиболее часто используемых электродвигателей.
Они широко используются как в промышленности, так и в бытовой технике.
В промышленности чаще всего используются асинхронные двигатели трехфазные. Они используются, например, в энергетике — в качестве приводов для собственных нужд электростанций, в строительстве, на транспорте, в коммунальном хозяйстве — в качестве приводов насосов водоснабжения и т. д.
Отличие асинхронного электродвигателя от синхронного
С виду внешне они похожи, порой даже специалист не отличит по внешним признакам синхронный электродвигатель от асинхронного. У обоих электродвигателей есть неподвижный статор, состоящий из обмоток (катушек), которые уложены в пазы сердечника, набранного из пластин, выполненных из электротехнической стали, и подвижный ротор. Кроме того, функция этих типов электродвигателей одна и та же — создание вращающегося магнитного поля статора.
Ротор синхронного двигателя имеет обмотку возбуждения с независимым питанием. Статоры синхронного и асинхронного двигателя устроены одинаково, функция в каждом случае одна и та же — создание вращающегося магнитного поля статора.
Обороты асинхронного двигателя под нагрузкой всегда на величину скольжения отстают от вращения магнитного поля статора, в то время как обороты синхронного двигателя равны по частоте «оборотам» магнитного поля статора.
И поэтому у асинхронного двигателя есть такой параметр — как СКОЛЬЖЕНИЕ — разность скоростей вращения ротора и вращающегося магнитного поля в статоре.
У синхронного электродвигателя частота вращения ротора всегда равна частоте вращения электромагнитного поля.
У этих двух типов двигателей разные области применения: синхронные электродвигатели отличаются гораздо большей мощностью и полезной нагрузкой, но они дороже и сложней. И поэтому асинхронные двигатели востребованы там, где достаточно их характеристик, ведь они дешевле и проще в изготовлении.
Недостатки и преимущества двигателей
Синхронные двигатели
 |
 |
 |
Синхронные двигатели имеют довольно сложную конструкцию, обусловленную наличием щеточного узла. Кроме того, для их работы требуется дополнительный источник постоянного тока. Еще одним недостатком является невозможность их эксплуатации в условиях частых пусков и остановов. Однако все это компенсируется большой мощностью, высоким КПД, устойчивостью к перепадам напряжения в питающей сети и стабильной частотой вращения вала, вне зависимости от величины нагрузки на него.
Синхронные электрические машины рентабельны при мощностях свыше 100 кВт и основное применение находят для вращения мощных вентиляторов, на различных металлургических производствах, для привода насосов, которые обладают не только значительной мощностью, но и долгим режимом функционирования т.д.
Асинхронный двигатель
 |
 |
 |
Асинхронный двигатель в отличие от синхронных машин более чувствителен к колебаниям напряжения и не может сохранять номинальную скорость вращения, при увеличении нагрузки. В большинстве случаев недостатки компенсируются путем применения преобразователей частоты и других устройств пуска. Но простота конструкции, длительный срок эксплуатации, универсальность применения, способность работать в режиме частых включений и остановок делают эти машины наиболее распространенными в промышленном и бытовом секторе.
Чем асинхронные двигатели отличаются от синхронных
В данной статье рассмотрим принципиальные отличия синхронных электродвигателей от асинхронных, чтобы каждый читающий эти строки мог бы эти различия четко понимать.
Асинхронные электродвигатели более широко распространены сегодня, однако в некоторых ситуациях синхронные двигатели оказываются более подходящими, более эффективными для решения конкретных промышленных и производственных задач, об этом будет рассказано далее.
Прежде всего давайте вспомним, что же вообще такое электродвигатель. Электродвигателем называется электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращения ротора, и служащая в качестве привода для какого-нибудь механизма, например для приведения в действие подъемного крана или насоса.
Еще в школе всем рассказывали и показывали, как два магнита отталкиваются одноименными полюсами, а разноименными — притягиваются. Это постоянные магниты. Но существуют и переменные магниты. Каждый помнит рисунок с проводящей рамкой, расположенной между полюсами подковообразного постоянного магнита.
Горизонтально расположенная рамка, если по ней пустить постоянный ток, станет поворачиваться в магнитном поле постоянного магнита под действием пары сил (Сила Ампера), пока не будет достигнуто равновесие в вертикальном положении.
Если затем по рамке пустить постоянный ток противоположного направления, то рамка повернется дальше. В результате такого попеременного питания рамки постоянным током то одного, то другого направления, достигается непрерывное вращение рамки. Рамка здесь представляет собой аналог переменного магнита.
Приведенный пример с вращающейся рамкой в простейшей форме демонстрирует принцип работы синхронного электродвигателя. У любого синхронного электродвигателя на роторе есть обмотки возбуждения, на которые подается постоянный ток, формирующий магнитное поле ротора. Статор же синхронного электродвигателя содержит обмотку статора, для формирования магнитного поля статора.
При подаче на обмотку статора переменного тока, ротор придет во вращение с частотой, соответствующей частоте тока в обмотке статора.
Частота вращения ротора будет синхронна частоте тока обмотки статора, поэтому такой электродвигатель называется синхронным.
Магнитное поле ротора создается током, а не индуцируется полем статора, поэтому синхронный двигатель способен держать синхронные номинальные обороты независимо от мощности нагрузки, разумеется, в разумных пределах.
Асинхронный электродвигатель в свою очередь отличается от синхронного. Если вспомнить рисунок в рамкой, и рамку просто накоротко замкнуть, то при вращении магнита вокруг рамки, индуцируемый в рамке ток создаст магнитное поле рамки, и рамка будет стремиться догнать магнит.
Частота вращения рамки под механической нагрузкой будет всегда меньше частоты вращения магнита, и частота не будет поэтому синхронной. Этот простой пример демонстрирует принцип действия асинхронного электродвигателя.
В асинхронном электродвигателе вращающееся магнитное поле формируется переменным током обмотки статора, расположенной в его пазах.
Ротор типичного асинхронного двигателя обмоток как таковых не имеет, вместо этого на нем расположены накоротко соединенные стержни (ротор типа «беличья клетка»), такой ротор называется короткозамкнутым ротором.
Бывают еще асинхронные двигатели с фазным ротором, там ротор содержит обмотки, сопротивление и ток в которых можно регулировать реостатом.
Итак, в чем же принципиальное отличие асинхронного электродвигателя от синхронного? С виду внешне они похожи, порой даже специалист не отличит по внешним признакам синхронный электродвигатель от асинхронного. Главное же отличие заключается в устройстве роторов. Ротор асинхронного электродвигателя не питается током, а полюса на нем индуцирутся магнитным полем статора.
Ротор синхронного двигателя имеет обмотку возбуждения с независимым питанием. Статоры синхронного и асинхронного двигателя устроены одинаково, функция в каждом случае одна и та же — создание вращающегося магнитного поля статора.
Обороты асинхронного двигателя под нагрузкой всегда на величину скольжения отстают от вращения магнитного поля статора, в то время как обороты синхронного двигателя равны по частоте «оборотам» магнитного поля статора, поэтому если обороты должны быть постоянными при различных нагрузках, предпочтительней выбирать синхронный двигатель, например в приводе гильотинных ножниц лучше всего справится со своей задачей мощный синхронный двигатель.
Область применения асинхронных двигателей сегодня очень широка. Это всевозможные станки, транспортеры, вентиляторы, насосы, — все то оборудование, где нагрузка сравнительно стабильна, или снижение оборотов под нагрузкой не критично для рабочего процесса.
- Некоторые компрессоры и насосы требуют постоянной частоты вращения при любой нагрузке, на такое оборудование ставят синхронные электродвигатели.
- Синхронные двигатели дороже в производстве, чем асинхронные, поэтому если есть возможность выбора и небольшое снижение оборотов под нагрузкой не критично, приобретают асинхронный двигатель.
- Синхронные электродвигатели широко применяются в электроприводах, не требующих регулирования частоты вращения. По сравнению с асинхронными двигателями они имеют ряд преимуществ:
- более высокий коэффициент полезного действия;
- возможность изготовления двигателей с низкой частотой вращения, что позволяет отказаться от промежуточных передач между двигателем и рабочей машиной;
- частота вращения двигателя не зависит от нагрузки па его валу;
- возможность использования в качестве компенсирующих устройств реактивной мощности.
Синхронные электродвигатели могут являться потребителями и генераторами реактивной мощности. Характер и значение реактивной мощности синхронного двигателя зависят от величины тока в обмотке возбуждения.
Зависимость тока в обмотке, выдающей напряжение в электрическую сеть, от тока возбуждения носит название U-образной характеристики синхронного двигателя. При 100%-ной нагрузке на валу двигателя его косинус фи равен 1.
При этом электродвигатель не потребляет реактивной мощности из электрической сети. Ток в обмотке статора при этом имеет минимальное значение.
Отличительные особенности синхронных и асинхронных электродвигателей
Главная › Электродвигатель › Виды двигателей › Двигатель переменного тока › Синхронные двигатели ›
24.10.2021
Приводы синхронного и асинхронного типа обладают существенными отличиями. Конструктивные и технические особенности обуславливают разницу в их работе, влияют на функциональные возможности и применение.
Изобретение машины переменного тока привнесло в мир приводной техники высокую надежность и конструктивную простоту.
На базе асинхронных двигателей конфигурируют автоматизированные приводы разной сложности. Средством управления в этом случае выступает частотный преобразователь.
Несмотря на единый способ питания, асинхронный агрегат имеет особенности построения, чем отличается от синхронной машины.
Отличия в конструкции
Конструирование синхронного и асинхронного двигателя выполнено из условия оптимизации работы, структуры и функциональности своих предшественников. Они являются преобразователями электроэнергии и осуществляют ее превращение в механическую работу (движение вала) и наоборот (генераторный режим) посредством электромагнитной индукции. Согласно закону физики при перемещении подключенного к питанию проводника в магнитном поле возникает электродвижущая сила, которая его вращает.
Обладая идентичными функциональными блоками – индуктором (индукторным колесом или статором), формирующим магнитный поток и ротором (якорем), передающим механическую энергию, синхронные и асинхронные электроприводы имеют свои различия. Основные состоят в конструкции и перемещении якоря относительно движения магнитного поля индуктора.
Статоры в машинах обоих типов действуют одинаково, тогда как способ вращения роторных устройств отличается. Разница между синхронным и асинхронным двигателем состоит в совпадении скоростных величин якоря и поля.
В первом случае скорость ротора и магнитного потока совпадает. Этот принцип работы стал основой понятия привода.
Во втором синхронная скорость не обеспечивается, и всегда есть различие между скоростными параметрами якорного устройства и магнитного поля в статоре.
Внешне отличие синхронного от асинхронного двигателя незначительно, поэтому визуально сложно определить тип мотора. Единственное, что поможет – это присутствие ребер охлаждения асинхронного электродвигателя (АД). Среди других структурных особенностей выделяют:
- способ подачи токовой нагрузки на цепь якоря: независимый у синхронных двигателей (СД) и формируемый полем индуктора у АД;
- наличие явно выраженных магнитных полюсов у ротора СД с наличием постоянных магнитов или электромагнитов;
- способ формирования роторной электроцепи: у СД – трехфазная обмотка возбуждения в виде катушек или сплошная, равномерно распределенная по поверхности цилиндрического якоря; у АД – алюминиевые стержни или витки цепи, уложенные в выштампованные пазы якорного механизма.
Устройство ротора, принцип его питания и действия обуславливают применение синхронных и асинхронных машин.
Различия в работе
Небольшая разница в конструкции и электропитании формирует существенное отличие синхронного от асинхронного двигателя. Работа приводов, их технические и эксплуатационные возможности влияют на спрос и использование электроприводов.
Пуск синхронного двигателя с помощью только от питающей сети не производится, что связано с инерционностью роторного узла и высокой скоростью вращающегося поля. Вследствие этого скорость вращения якоря необходимо увеличить до параметров магнитного потока.
Если мощность мотора большая, то разгон производится вспомогательным электродвигателем или преобразователем частоты. Маломощное оборудование запускается посредством пусковых обмоток (демпферных), с которыми машины работают как устройство с короткозамкнутым ротором.
Отличие синхронного двигателя состоит в том, что они имеют постоянную скорость, не зависящую от нагрузки.
АД отличаются от синхронных машин принципом вращения роторного блока. Якорь всегда отстает от магнитного потока, сохраняя разность скоростных параметров. Эта разница (около 1–8%) обеспечивает присутствие тока и момента.
В зависимости от величины нагрузки, которую преодолевает роторный механизм, разность в скоростях будет меняться: чем больше нагрузка, тем меньше скоростная характеристика якоря. Поэтому электропривод такого типа называют асинхронный электродвигатель. В отличие от синхронных, он не может самостоятельно обеспечивать скорость вращения, равную аналогичному параметру поля.
Преобразование однофазного в трехфазный переменный ток для питания АД обеспечивает электронный фазорасщепитель, состоящий из выпрямителя и инвертора.
Области применения
Синхронный и асинхронный двигатель отличия которых рассмотрены выше, имеют свои области применения. Благодаря стабильности частоты вращения СД используют для электроприводов средней и большой мощности, работающих длительно с постоянной скоростью.
Характерное отличие синхронного двигателя, заключающееся в опережающем коэффициенте мощности при определенном токе возбуждения, позволяет его использовать для компенсации реактивной мощности предприятий.
Также, синхронные двигатели имеют следующие прикладные сферы:
- энергетическая отрасль: поддержка параметров напряжения, устойчивости электросети при авариях;
- машиностроительная индустрия: изготовления оборудования для резки металлопроката;
- синхронный генератор на электростанциях;
- приводы мощных компрессорных установок;
- насосные и вентиляторные агрегаты.
Широкое применение асинхронного электродвигателя обусловлено его надежной и вместе с тем простой конструкцией. Они функциональны как в бытовой, инженерной, так и в производственной сфере. Асинхронными машинами обеспечивают эффективные приводы:
- технологического оборудования в тяжелой промышленности;
- строительного оборудования: бетономешалок, кранов, лебедок;
- инженерных систем вентиляции, водоотведения, водоснабжения;
- бытовых приборов.
Электроприводы асинхронных и синхронных типов находят широкое применение в промышленной автоматизации.
Они участвуют в работе простых электроприводов и сложных сервосистем, построение и принцип действия которых основаны на получении обратной связи.
Датчики считывают данные о том, какая угловая скорость асинхронного двигателя, а частотный преобразователь на основании полученной информации управляет мотором.
Положительные качества
Как и любое техническое устройство СД и асинхронные двигатели имеют свои сильные и слабые стороны.
Свойства со знаком «плюс» или «минус» обусловлены конструктивными и техническими различиями электрооборудования.
Какой двигатель установить для простого или высокоскоростного электропривода напрямую зависит от того, чем отличается синхронный двигатель от асинхронного. В связи с этим выделяют следующие достоинства СД:
- возможность работать как генератор и обеспечивать компенсацию реактивной мощности, вырабатываемой электростанциями; эта способность особенно важна для промышленных предприятий, поскольку синхронный генератор, работая с опережающим током, увеличивает коэффициент мощности электросети, уменьшает нагрузку на трансформаторы, кабели, улучшает качестве электроэнергии и, как результат, способствует лучшей отдаче от асинхронных моторов;
- высокий коэффициент полезного действия порядка 97-98%;
- возможность изменять перегрузочные параметры посредством разных характеристик тока, питающего роторный механизм;
- низкий порог чувствительности к перепадам напряжения в электросети, что является важным отличием от асинхронных электромоторов;
- высокая надежность работы благодаря воздушному зазору больших размеров.
АД имеет свои преимущества перед устройством синхронного типа и характеризуются:
- более простой и надежной конструкцией, обусловленной трехфазным принципом подключения и упрощенным конструированием, понятным для чайников;
- способностью запускаться напрямую, в то время как пуск синхронного двигателя с прямым сетевым подключением невозможен;
- экономичным энергопотреблением, что значит снижение эксплуатационных затрат;
- доступной относительно низкой ценой, чем отличаются от СД;
- универсальностью применения, особенно в местах с частотно-регулируемыми электроприводами с обратной связью; в этом случае для вращения асинхронного мотора с требуемыми оборотами устанавливают электронное устройство управления;
- способностью работать от одно- и трехфазной сети, что позволяет использовать этот двигатель в местах с отсутствием развитой инфраструктуры.
Положительным моментом АД также является способность самозапускаться после потери и возобновления электропитания. Этот тип машин лучше и по затратам на обслуживание. При эксплуатации достаточно производить чистку элементов машины от загрязнений, протягивать контакты и лишь спустя полтора десятка лет заменить подшипники в двигателях.
Отрицательные моменты
Сравнительная характеристика относительно «минусов» позволит сделать полноценное сравнение рассматриваемых типов моторов и решить окончательно, какой двигатель оптимально подойдет под существующие условия. Относительно отрицательных сторон отличие синхронной эл/машины заключается в:
- более сложном конструировании, что отражается на его стоимости;
- неудобстве с запуском, поскольку пуск синхронного двигателя с прямым подключением не производится;
- ограниченности использования, так как эти виды приводов предназначены только для оборудования с неизменной частотой вращения и с питанием от сети постоянного тока.
Асинхронный двигатель отличается от синхронника и характеризуется следующими недостатками:
- повышенным нагревом механизма, что вызывает необходимость увеличивать площадь охлаждения корпуса, делая его ребристым; дополнительно это позволяет визуально отличить мотор;
- невысоким пусковым КПД и повышенной реактивностью, ограничивающей число пусков в определенный отрезок времени, чем отличается асинхронный двигатель не в лучшую сторону;
- неспособностью работать на сетевом напряжении менее 220В;
- возникновением эффекта «скольжения»; об этом свидетельствует отставание частоты якоря от магнитного потока индуктора;
- высокой токовой нагрузкой в момент пуска, в чем заключается основная проблема машин мощностью более 10 кВт; значение пускового тока может превышать номинальную величину в шести или восьмикратном размере и длиться в течение 5 – 10 секунд.
Отличительные особенности синхронных и асинхронных электродвигателей Ссылка на основную публикацию 
Разница между синхронным и асинхронным двигателем
Электродвигатели бывают двух основных типов — синхронные и асинхронные. Что представляют собой те и другие?
- Содержание статьи
- К синхронным принято относить электродвигатели, которые функционируют на переменном токе и имеют ротор с частотой вращения, совпадающей с частотой оборотов магнитного поля в конструкции агрегата.
- Ключевые элементы синхронного электродвигателя:
Первый элемент агрегата располагается на статоре. Индуктор размещается на роторе, который отделен от статора воздушной прослойкой. Структура якоря представлена обмоткой (одной или несколькими).
Токи, которые подаются в соответствующий элемент двигателя, формируют магнитное поле, вращающееся с заданной частотой и взаимодействующее с полем индуктора.
Индуктор включает 2 полюса — в виде постоянных магнитов.
Синхронный агрегат может функционировать в двух режимах:
- как собственно электродвигатель;
- как генератор.
Первый режим работы предполагает взаимодействие магнитного поля, формирующегося на якоре, и поля, которое образуется на полюсах индуктора.
Синхронный двигатель в режиме генератора функционирует за счет электромагнитной индукции: в процессе вращения ротора магнитное поле, которое формируется на обмотке, по очереди взаимодействует с фазами обмотки на статоре, вследствие чего образуется электродвижущая сила.
Что представляет собой асинхронный электродвигатель?
К асинхронным принято относить электродвигатели, в которых частота вращения одного из ключевых элементов — ротора — не совпадает с частотой оборотов магнитного поля, формирующегося током, который возникает на обмотке статора. Асинхронные агрегаты иногда именуются индукционными. Это обусловлено тем, что в обмотке ротора осуществляется индуцирование тока при воздействии магнитного поля статора.
В конструкции асинхронного электродвигателя присутствуют статор и ротор, которые разделены воздушной прослойкой. Основные активные элементы агрегата:
Важную роль в функционировании асинхронного двигателя играют дополнительные конструктивные элементы, которые обеспечивают прочность, охлаждение и устойчивость работы агрегата.
Сравнение
Главное отличие синхронного двигателя от асинхронного заключается в соотношении величины частот вращения ротора и магнитного поля. В агрегате первого типа оба показателя одинаковые. В асинхронной машине — разные.
Можно отметить, что электродвигатели второго типа в целом более распространены, чем первые. При этом асинхронные агрегаты чаще всего представлены в разновидности, в которой инсталлирован короткозамкнутый ротор. Данные устройства имеют ряд важнейших преимуществ перед электродвигателями иных категорий. А именно:
- простота конструкции, надежность;
- относительно невысокая себестоимость производства, эксплуатации;
- способность функционирования при задействовании имеющихся ресурсов сети без подключения преобразователей.
Вместе с тем асинхронные машины с короткозамкнутым ротором обладают и рядом недостатков. А именно:
- наличие малого пускового момента;
- наличие большого пускового тока;
- пониженный коэффициент мощности;
- низкая управляемость с точки зрения регулирования скорости;
- зависимость максимальной скорости от частоты электрической сети;
- электромагнитный момент в асинхронных двигателях рассматриваемого типа характеризуется сильной чувствительностью к снижению напряжения в сети.
В свою очередь, у синхронных агрегатов также есть неоспоримые достоинства. К таковым можно отнести:
- относительно невысокую чувствительность к перепадам напряжения в сети;
- стабильность вращения вне зависимости от нагрузки на ротор.
Есть у синхронных двигателей и недостатки:
- относительная сложность конструкции;
- сложность запуска ротора в ход.
Отмеченные особенности работы синхронных и асинхронных агрегатов делают оптимальным использование первых в случае, если требуемая мощность двигателя в системе (например, как части инфраструктуры фабричной линии) должна составлять порядка 100 кВт и более. В остальных случаях задействование асинхронных машин, как правило, становится более предпочтительным.
Рассмотрев, в чем разница между синхронным и асинхронным двигателем, отразим выводы в таблице.
Таблица
| Синхронный двигатель | Асинхронный двигатель |
| Вращение ротора и магнитного поля в синхронных двигателях осуществляется с одинаковой частотой | Вращение ротора и магнитного поля в асинхронных агрегатах осуществляется с разной частотой |
| Имеет часто более сложную конструкцию | Обычно имеет менее сложную конструкцию |
| Оптимален при необходимой мощности в 100 кВт и выше | Оптимален при необходимой мощности менее 100 кВт |
Асинхронные и синхронные двигатели
Чтобы производственные механизмы работали с максимальной эффективностью, необходимо правильно подобрать электрический двигатель, который будет применяться в качестве привода. В этой статье мы рассмотрим, чем отличаются асинхронные и синхронные двигатели с точки зрения конструктивных особенностей, функциональности и экономичности.
Асинхронные и синхронные двигатели: устройство
Электрические двигатели представляют собой агрегаты для преобразования электроэнергии в энергию механическую. Основу конструкции двигателя (как синхронного, так и асинхронного типа) составляют следующие элементы:
- неподвижный (статор);
- вращающийся (ротор).
Статоры электродвигателей обеих категорий имеют схожий принцип устройства. В специальные пазы (осевые прорези) уложены токонесущие проводки из меди или алюминия. Функцией статора является создание вращающегося магнитного поля. Ротор (с обмоткой возбуждения) закреплен на валу двигателя и вращается под воздействием возникающей электродвижущей силы.
В чем ключевое отличие синхронного двигателя от асинхронного
Главное отличие синхронного от асинхронного двигателя заключается в устройстве ротора.
Роторы синхронных двигателей представляют собой постоянные или электрические магниты. Постоянное магнитное поле, создаваемое ими, взаимодействует с вращающимся магнитным полем статора.
В случае с асинхронным двигателем (который также называют индукционным) в пазы ротора вставляются короткозамкнутые металлические пластины. Кроме короткозамкнутой разновидности, применяются также фазные роторы, снабженные контактными кольцами, которые после разбега замыкаются накоротко.
В результате соотношение частоты оборотов двигателя, находящегося под нагрузкой, с частотой вращения, которая присуща магнитному полю статора, для разных типов двигателя следующее:
- равное для агрегатов синхронного типа;
- неравное для асинхронных двигателей (наблюдается постоянное отставание от скорости вращения магнитного поля статора, равное величине скольжения).
На основе понимания того, чем отличается асинхронный двигатель от синхронного, можно сформулировать главные преимущества и недостатки этих двигателей.
Сравнение разных типов двигателей
Двигатели синхронной разновидности сложнее в использовании, поскольку они:
- в отличие от асинхронных моделей нуждаются в дополнительном источнике постоянного тока;
- подвержены более быстрому износу деталей (по причине использования контактных колец со щетками);
- требуют применения вспомогательных механизмов для запуска (индукционный двигатель имеет собственный пусковой момент).
Для асинхронных моделей характерны:
- простота конструкции;
- надежность в эксплуатации.
При этом синхронные двигатели обладают более широкими возможностями с точки зрения коэффициента мощности, а также менее чувствительны к перепадам напряжения, но стоимость таких агрегатов выше, что делает их использование менее выгодным.
Загрузка...
