Cechą synchronicznych silników elektrycznych jest to, że strumień magnetyczny i wirnik mają tę samą prędkość obrotową. Z tego powodu wirnik silnika elektrycznego nie zmienia swojej prędkości wraz ze wzrostem obciążenia. Na wirniku znajduje się uzwojenie, które wytwarza pole magnetyczne.
Czasami używane są silne magnesy trwałe. Zwykle w maszynach synchronicznych jest tyle uzwojeń na wirniku, ile na stojanie. Okazuje się więc, że wyrównuje prędkość obrotową strumienia magnetycznego i wirnika. Obciążenie podłączone do silnika w ogóle nie wpływa na prędkość.
Konstrukcja silnika elektrycznego
Urządzenie silnika synchronicznego składa się z następujących elementów:
- Częścią stałą jest stojan, na którym znajdują się uzwojenia.
- Mobilny wirnik, czasami nazywany induktorem lub zworą.
- Osłony przednie i tylne.
- Łożyska montowane na wirniku.
Pomiędzy twornikiem a stojanem jest wolna przestrzeń. Uzwojenia układane są w rowkach, są połączone wgwiazda. Jak tylko napięcie zostanie przyłożone do silnika, prąd zaczyna płynąć przez uzwojenie twornika. Wokół cewki indukcyjnej powstaje pole magnetyczne. Ale stojan jest również zasilany. I tu właśnie pojawia się strumień magnetyczny. Te pola są odsunięte od siebie.
Jak działa silnik synchroniczny
W maszynach synchronicznych elektromagnesy na stojanie są biegunami, ponieważ działają na prąd stały. W sumie istnieją dwa schematy łączenia uzwojeń stojana:
- Salifoli.
- Niejawny biegun.
W celu zmniejszenia oporu magnetycznego i optymalizacji warunków przejścia pola stosuje się rdzenie wykonane z ferromagnetyków. Są dostępne zarówno w stojanie, jak i wirniku.
Wykonane są ze specjalnych gatunków stali elektrotechnicznej, która zawiera ogromną ilość takiego pierwiastka jak krzem. Dzięki temu można znacznie zmniejszyć prąd wirowy, a także zwiększyć opór elektryczny metalu.
Działanie synchronicznych silników elektrycznych opiera się na interakcji biegunów stojana i wirnika. Podczas startu przyspiesza do prędkości przepływu. W takich warunkach silnik elektryczny pracuje w trybie synchronicznym.
Metoda rozruchu z pomocniczym silnikiem elektrycznym
Wcześniej stosowano specjalne silniki rozruchowe, które były połączone z silnikiem za pomocą urządzeń mechanicznych (napęd pasowy, łańcuchowy itp.). Podczas rozruchu wirnik zaczął się obracać i stopniowo przyspieszając,osiągnął prędkość synchroniczną. Potem zaczął działać sam silnik. Na tym właśnie polega zasada działania silnika synchronicznego, niezależnie od konstrukcji i producenta.
Warunkiem jest, aby silnik rozruchowy miał moc około 15% mocy silnika przyspieszanego. Ta moc wystarcza do uruchomienia dowolnego silnika synchronicznego, nawet jeśli jest do niego podłączone niewielkie obciążenie. Ta metoda jest dość skomplikowana, a koszt całego sprzętu znacznie wzrasta.
Nowoczesna metoda uruchamiania
Nowoczesne konstrukcje silników synchronicznych nie są wyposażone w takie obwody podkręcania. Używany jest inny system wyzwalania. W przybliżeniu w ten sposób włączana jest maszyna synchroniczna:
- Za pomocą reostatu uzwojenia wirnika są zamykane. W rezultacie twornik ulega zwarciu, jak w prostych silnikach indukcyjnych.
- Rotor ma również uzwojenie klatkowe, które działa kojąco i zapobiega kołysaniu się twornika podczas synchronizacji.
- Gdy tylko twornik osiągnie swoją minimalną prędkość obrotową, do jego uzwojeń podłączony zostanie prąd stały.
- Jeśli używane są magnesy trwałe, należy użyć zewnętrznych silników rozruchowych.
Istnieją kriogeniczne synchroniczne silniki elektryczne, które wykorzystują konstrukcję typu odwróconego. Uzwojenia wzbudzenia są wykonane zmateriały nadprzewodzące.
Zalety maszyn synchronicznych
Silniki asynchroniczne i synchroniczne mają bardzo podobną konstrukcję, ale nadal istnieją różnice. W tym ostatnim istnieje wyraźna zaleta polegająca na tym, że wzbudzenie następuje ze źródła prądu stałego. W takim przypadku silnik może pracować z bardzo wysokim współczynnikiem mocy. Istnieją również inne zalety silników synchronicznych:
- Pracują po zawyżonym tempie. Pozwala to na zmniejszenie zużycia energii, a także znacznie zmniejsza straty prądu. Sprawność maszyny synchronicznej będzie znacznie wyższa niż silnika asynchronicznego o tej samej mocy.
- Moment obrotowy zależy bezpośrednio od napięcia w sieci. Nawet jeśli napięcie w sieci spadnie, moc pozostanie.
Jednak maszyny asynchroniczne są używane znacznie częściej niż maszyny synchroniczne. Faktem jest, że charakteryzują się dużą niezawodnością, prostą konstrukcją, nie wymagają dodatkowej konserwacji.
Wady silników synchronicznych
Okazuje się, że maszyny synchroniczne mają znacznie więcej wad. Oto tylko najważniejsze:
- Obwód silnika synchronicznego jest dość złożony, składa się z dużej liczby elementów. Z tego powodu koszt urządzenia jest bardzo wysoki.
- Upewnij się, że używasz stałego źródła zasilania cewki indukcyjnejobecny. To znacznie komplikuje całą konstrukcję.
- Procedura uruchamiania silnika elektrycznego jest dość skomplikowana niż w przypadku maszyn asynchronicznych.
- Można regulować prędkość wirnika tylko za pomocą przetwornic częstotliwości.
Ogólnie rzecz biorąc, zalety znacznie przewyższają wady silników synchronicznych. Z tego powodu są bardzo często stosowane tam, gdzie konieczne jest prowadzenie ciągłego, ciągłego procesu produkcyjnego, gdzie nie ma konieczności częstego zatrzymywania i uruchamiania urządzeń. Maszyny synchroniczne można spotkać w młynach, kruszarkach, pompach, kompresorach. Rzadko się wyłączają, pracują prawie bez przerwy. Dzięki zastosowaniu takich silników można osiągnąć znaczne oszczędności energii.
