Чем отличается асинхронный двигатель от синхронного двигателя

Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного

Классификация электродвигателей

Электродвигатели бывают двух основных типов — синхронные и асинхронные. Что представляют собой те и другие?

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.

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.

Отличие асинхронного электродвигателя от синхронного

Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного

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.

Синхронные двигатели

синхронный электродвигательсинхронный электродвигательсинхронный электродвигатель

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 двигательАсинхронный двигательАсинхронный 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.

Будет интересно➡  Дроссель для люминисцентных ламп

Таблица

Синхронный двигательАсинхронный двигатель
Вращение ротора и магнитного поля в синхронных двигателях осуществляется с одинаковой частотойВращение ротора и магнитного поля в асинхронных агрегатах осуществляется с разной частотой
Имеет часто более сложную конструкциюОбычно имеет менее сложную конструкцию
Оптимален при необходимой мощности в 100 кВт и вышеОптимален при необходимой мощности менее 100 кВт

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.

Объяснение принципа работы синхронного электродвигателя для «чайников»

С детства мы помним, что два магнита, если их приблизить друг к другу, в одном случае притягиваются, а в другом отталкиваются. Происходит это, в зависимости от того, что какими сторонами магнитов мы их соединяем, разноимённые полюса притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Это – постоянные магниты, у которых магнитное поле присутствует постоянно. Существуют и переменные магниты.

Будет интересно➡  Что собой представляет контактор, его особенности и схемы подключения

В школьном учебнике по физике есть рисунок, где изображён электромагнит в виде подковы и рамка с полукольцами на концах, которая расположена между его полюсами.

При расположении рамки в горизонтальном положении в пространстве между полюсами магнитов, из-за того, что магнит притягивает разноимённые полюса и отталкивает одноимённые, на рамку подаётся ток, одинакового знака. Вокруг рамки появляется электромагнитное поле (вот пример переменного магнита!), полюса магнитов притягивают рамку, и она поворачивается в вертикальное положение. При достижении вертикали, на рамку подаётся ток противоположного знака, электромагнитное поле рамки меняет полюсность, и полюса постоянного магнита начинают отталкивать рамку, вращая её до горизонтального положения, после чего цикл вращения повторяется.

В этом заключается принцип работы электродвигателя. Причём, примитивного синхронного электродвигателя!

Ротор синхронного электродвигателя будет вращаться с такой же частотой, с какой меняется ток, подаваемый на клеммы обмотки, т.е. синхронно. Отсюда название этого электродвигателя.
Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного

Объяснение принципа работы асинхронного электродвигателя для «чайников»

Вспоминаем описание рисунка в предыдущем примере. Та же рамка, расположенная между полюсами подковообразного магнита, только её концы не имеют полуколец, они соединены между собой.

Теперь начинаем вращать вокруг рамки подковообразный магнит. Вращаем его медленно и наблюдаем за поведением рамки. До некоторых пор рамка остаётся неподвижной, а потом, при повороте магнита на определённый угол, рамка начинает вращение вслед за магнитом. Вращение рамки запаздывает по сравнению со скоростью вращения магнита, т.е. она вращается не синхронно с ним – асинхронно. Вот и получается, что это примитивный асинхронный электродвигатель.

Вообще-то роль магнитов в настоящем асинхронном двигателе служат обмотки, расположенные в пазах статора, на которые подаётся ток. А роль рамки, выполняет ротор, в пазы которого вставлены металлические пластины, соединённые между собой на коротко. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым.
Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного

Главное отличие

Основное различие между асинхронным двигателем и синхронным двигателем заключается в том, что скорость асинхронного двигателя постоянно меняется в зависимости от нагрузки, тогда как синхронный двигатель всегда работает с синхронной скоростью.

Ключевые отличия

  1. Тип двигателя переменного тока, рабочая скорость которого зависит от нагрузки, известен как асинхронный двигатель, тогда как тип двигателя переменного тока, скорость которого прямо пропорциональна частоте рабочего тока, известен как синхронный двигатель.
  2. Асинхронный двигатель также считается асинхронным. С другой стороны, у синхронного двигателя нет другого названия.
  3. Рабочая скорость асинхронного двигателя зависит от нагрузки, т. Е. Скорость двигателя уменьшается с увеличением нагрузки, наоборот; скорость синхронного двигателя не зависит от нагрузки.
  4. Асинхронные двигатели имеют простую конструкцию. С другой стороны, синхронные двигатели имеют сложную конструкцию.
  5. В системе питания асинхронного двигателя обмотка статора подключена к источнику переменного тока. С другой стороны, в синхронном двигателе обмотка якоря питается от источника переменного тока, а обмотка возбуждения питается от источника постоянного тока.
  6. Асинхронный двигатель — это самозапускающийся двигатель, в котором крутящий момент создается за счет реакции между изменяющимся магнитным полем, создаваемым в статоре, и током, индуцируемым в катушках ротора. С другой стороны, синхронный двигатель не запускается самостоятельно. Перед синхронизацией с питанием переменного тока ему необходимо, чтобы источник был доведен до синхронной скорости.
  7. Асинхронный двигатель работает с запаздывающим коэффициентом мощности, потому что коэффициент мощности становится очень низким при высоких нагрузках. С другой стороны, синхронный двигатель спроектирован таким образом, что его можно использовать как с опережающей, так и с запаздывающей мощностью, изменяя его подачу питания.
  8. Асинхронный двигатель имеет меньший КПД, тогда как синхронный двигатель имеет высокий КПД по сравнению с асинхронным двигателем того же номинального напряжения и выходной мощности.
  9. Асинхронный двигатель имеет низкую цену, в то время как синхронный двигатель имеет высокую цену по сравнению с асинхронным двигателем того же номинального напряжения и выходной мощности.
  10. Асинхронный двигатель используется только для работы с механическими нагрузками. С другой стороны, синхронный двигатель используется для передачи крутящего момента для привода механических нагрузок, а также для коррекции коэффициента мощности.
Будет интересно➡  Что такое статическое электричество и как от него избавиться. Что вызывает статическое электричество?

Различия в работе и стоимости

Любой двигатель состоит из двух элементов: неподвижного и вращающегося. Статор имеет осевые прорези — пазы, на дно которых укладываются токонесущие медные или алюминиевые проводки. У электродвигателя на валу крепится ротор с обмоткой возбуждения.

Принципиальным отличием между синхронными и асинхронными двигателями являются роторы, точнее, их исполнение.

У синхронных моделей при малых мощностях они представляют собой постоянные магниты.

Переменное напряжение подаётся на обмотку статора, ротор подключается к постоянному источнику питания. Проходящий по обмотке возбуждения постоянный ток наводит магнитное поле статора. Крутящий момент создаётся из-за угла запаздывания между полями. Ротор имеет такую же скорость, как и магнитное поле статора.
Агрегаты используются на практике и как генераторы и как двигатели.

Асинхронные модели – это достаточно недорогие двигатели, которые применяются часто и всюду. Они проще в конструктивном плане, несмотря на то, что неподвижные части в принципе у всех моторов похожи.

По обмотке статора пропускается переменный электроток, который взаимодействует с роторной обмоткой. Два поля вращаются с одинаковой скоростью в одном направлении, но не могут быть равными, иначе бы не создавалась индуцированная ЭДС и, тем более крутящийся момент. Это становится причиной возникновения индуцированного тока в обмотке роторе, направление которого согласно правилу Ленца таково, что он склонен противостоять причине своего производства, т. е. скорости скольжения.

Скорость вращения ротора не совпадает со скоростью магнитного поля, она всегда меньше. Таким образом, ротор пытается догнать скорость вращающегося магнитного поля и уменьшить относительную скорость.

Преимущества и недостатки

Синхронный электродвигатель имеет сложнее структуру, чем асинхронный, но обладает некоторыми достоинствами.

Главным положительным качеством данных агрегатов является способность поддерживать оптимальный режим реактивной энергии. Из-за автоматического регулирования силы тока двигателя, он работает, не употребляя, не давая реактивную энергию, значение коэффициента мощности равняется 1. Если нужна реактивная энергия, она будет производиться синхронным мотором.

Данным двигателям не страшны перебои в сети, которой равен их максимальный момент. А значение критического момента равно квадрату напряжения.

Агрегат выдерживает большую перегрузку, которую можно еще увеличить автоматически повышением тока при необходимости непродолжительной нагрузки на вал. Он имеет постоянную скорость вращения независимо от нагрузки.

Трехфазный синхронный двигатель дороже обычного асинхронного из-за сложного механизма и особого устройства.

Еще недостатком оказывается надобность в постоянном источнике энергии, функции которого выполняет выпрямитель или специализированный возбудитель.

Какой лучше

Итак, в статье были разобраны устройство и принцип действия двух видов электродвигателей. Говорить о том, что какой-то из них лучше, нельзя. Но отметим, что асинхронные модели проще в конструктивном аспекте. Они надежнее в эксплуатации. Если их не перегружать, то срок службы может быть очень длительным. К сожалению, синхронные виды этим похвастаться не могут. Графитовые щетки быстро изнашиваются, им требуется замена. Но если не уследить, и графит сотрется полностью, то металлические держатели щеток начнут истирать токосъемное кольцо. А его выход из строя – это не только полный выход из строя двигателя, это большое количество искр (трение металла о металл) и возможность появления более серьезных неприятностей.

Предыдущая
РазноеФормула мощности электрического тока, расчет по мощности и напряжению
Следующая
РазноеPE проводник — что это такое и для чего нужно. Разделение PEN проводника на PE и N
Ссылка на основную публикацию
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять