Funktionsprinzip und Aufbau eines Synchronmotors: Vorteile, Konstruktionsmerkmale

Das Funktionsprinzip eines Synchronmotors sieht fast genauso aus wie das eines Asynchronmotors. Dieser Kraftwerkstyp weist jedoch erhebliche Unterschiede und Merkmale auf. Und obwohl der Anteil von Asynchronaggregaten in der Branche 96 % der Gesamtzahl der Elektromotoren beträgt, fanden auch andere Optionen, einschließlich Synchronmotoren, ihre Abnehmer.

Die wichtigsten Unterschiede

Grundsätzlich unterscheiden sich Synchron- und Asynchronmotoren nicht wesentlich voneinander. Der Hauptunterschied zwischen den ersten Modellen besteht darin, dass die Drehung des Ankers mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Drehung des magnetischen Flusses erfolgt. Gleichzeitig wird in der Anlage eine Drahtwicklung eingebaut, die Wechselspannung überträgt, und kein Käfigläufer wie bei asynchronen Geräten. Einige Konstruktionen sind auch mit Permanentmagneten ausgestattet, aber sie erhöhen die Kosten des Motors erheblich.

Bei steigender Last bleibt die Rotordrehzahl gleich. Diese Eigenschaft zeichnet diesen Kraftwerkstyp aus. Die zentrale Anforderung an solche Maschinen lautet: Die Polzahl in einem bewegten Magnetfeld muss der Polzahl eines Elektromagneten am Rotor entsprechen.

Synchrones Gerätedesign

Das Funktionsprinzip und der Aufbau von Synchronmaschinen bleiben auch für ungeübte Verbraucher übersichtlich. Zu den Schlüsselkomponenten des Systems gehören die folgenden Knoten:

1. Der Stator ist ein stationärer Teil der Anlage, auf dem sich drei Wicklungen befinden. Sie sind Stern- oder Dreieckschaltung. Als Material zur Herstellung des Stators werden Bleche aus hochfestem Elektroband verwendet.
2. Der Rotor ist ein bewegliches Element des Motors, das mit einer Wicklung ausgestattet ist. Während des Betriebs der Anlage leitet diese Wicklung eine bestimmte Spannung.

Zwischen dem festen und dem beweglichen Teil des Systems besteht ein kleiner Luftspalt, der garantiert ausgeglichener Betrieb des Motors und ungehinderte Beeinflussung des Magnetfeldes auf Schlüsselkomponenten Einheit. Der Motor enthält auch die für die Rotordrehung erforderlichen Lager und einen Klemmenkasten. Letzteres befindet sich oben am Mechanismus.

Arbeitsprinzip

Beim Studium des Funktionsprinzips eines Synchronmotors ist es wichtig zu verstehen, dass sie wie andere Arten von Kraftwerken eine Energieart in eine andere umwandeln. In einfachen Worten, eingebaute Mechanismen machen aus elektrischer Energie mechanische Energie, und die ganze Arbeit erfolgt nach folgendem Algorithmus:

1. Durch die Wicklung des Stators wird eine Wechselspannung geleitet, wodurch sich ein Magnetfeld ausbildet.
2. Dann wird eine ähnliche Spannung an die Rotorwicklungen angelegt, die ebenfalls ein Magnetfeld erzeugt. Bei Vorhandensein von Permanentmagneten in der Konstruktion ist ein solches Feld standardmäßig vorhanden.
3. Wenn zwei Magnetfelder kollidieren, wirken sie einander entgegen, d.h. einer schiebt den anderen. Dieses Prinzip bewirkt die Bewegung des auf den Lagern platzierten Rotors.

Wenn man weiß, wie ein Synchronmotor funktioniert und funktioniert, muss er seine Energie richtig verteilen und für die richtigen Zwecke verwenden. Die Leistung und Effizienz des Systems werden jedoch nur dann maximiert, wenn es in den Normalbetrieb gebracht werden kann.

Generatoranordnung

Es gibt eine umgekehrte Version von Synchronmotoren - Synchrongeneratoren. Sie funktionieren etwas anders:

1. Die stationäre Statorwicklung überträgt keine Spannung. Im Gegenteil, es wird ihr entzogen.
2. Durch die Rotorwicklung wird eine Wechselspannung zugeführt, während der Verbrauch an elektrischer Energie sehr gering ist.
3. Die Bewegung des Generators wird von einem Diesel- oder Benzinmotor angetrieben. Es kann auch durch die Kraft von Wasser oder Wind gesponnen werden.
4. In der Statorwicklung tritt eine EMF-Induktion auf, und an den Enden tritt eine Potenzialdifferenz auf. Dies ist auf das sich bewegende Magnetfeld um den Rotor zurückzuführen.

In jedem Fall ist es jedoch notwendig, die Spannung am Generatorausgang zu stabilisieren. Dies geschieht durch Anschließen der Rotorwicklung an eine Spannungsquelle.

Je nach Konstruktionsmerkmal kann der Rotor mit Permanent- oder Elektromagneten oder sogenannten Polen ausgestattet werden. Induktivitäten sind in synchronen Installationen:

1. Expliziter Pol.
2. Implizite Polarität.

Diese Typen unterscheiden sich nur in der relativen Position der Pole. Um den Widerstand des Magnetfelds zu verringern und die Stromdurchdringung zu verbessern, ist der Mechanismus mit Kernen ausgestattet, die aus Ferromagneten bestehen. Die Kerne befinden sich sowohl im Rotor als auch im Stator, für deren Herstellung ausschließlich Elektroband verwendet wird. Tatsache ist, dass dieses Material viel Silizium enthält, was Wirbelströme deutlich reduziert und den elektrischen Widerstand des Kerns verbessert.

Installationsstart

Bei der Verwendung von Synchronmotoren treten in der Phase ihrer Inbetriebnahme viele Schwierigkeiten auf. Aus diesem Grund sind sie nicht sehr beliebt und den asynchronen Optionen unterlegen.

Von dem Moment an, als sie auf den Markt kamen, wurde der Betrieb von Synchroneinheiten durch eine spezielle Asynchronvorrichtung sichergestellt, die mechanisch mit den übrigen Einheiten verbunden war. Tatsächlich wurde der Rotor mit dem zweiten Motortyp auf die gewünschte Frequenz beschleunigt. Moderne asynchrone Geräte müssen keine zusätzlichen Mechanismen anschließen, und für ihren Betrieb ist lediglich die entsprechende Spannung für die Statorwicklung erforderlich.

Sobald das System die gewünschte Geschwindigkeit erreicht, wird der Booster-Motor abgeschaltet. In diesem Fall bringen die Magnetfelder des Elektromotors ihn in einen synchronen Modus. Um das Gerät zu übertakten, müssen Sie einen anderen Motor mit einer Leistung von 10 % der Leistung des Synchronmotors verwenden. Beim Beschleunigen eines Elektromotors um 1 kW kommt ein 100 W Beschleunigungssystem zum Einsatz. Laut Experten reichen solche Indikatoren für einen ausgewogenen Betrieb der Maschine im Leerlauf oder bei geringer Last völlig aus.

Anwendungen

Der Synchron-Elektromotor ist eine wichtige Erfindung für verschiedene Industrien. Aufgrund seines komplexen Designs und der hohen Gerätekosten wird es jedoch selten verwendet.

Die Anwendungsgebiete von Elektromotoren des Synchrontyps sind sehr begrenzt. In den meisten Fällen wird die Installation verwendet, um die Leistungsindikatoren im Stromsystem zu erhöhen, was aufgrund ihrer Fähigkeit, bei jedem Leistungsfaktor zu funktionieren und ausgezeichnet Kosteneffektivität.

Die Geräte sind dort gefragt, wo die Drehzahl kaum 500 U/min erreicht und die Leistung erhöht werden muss. Aktuell werden sie aktiv in Kolbenpumpen, Kompressoranlagen, Walzwerken und anderen Systemen eingesetzt.