Il principio di funzionamento e progettazione di un motore sincrono: vantaggi, caratteristiche del design

Il principio di funzionamento di un motore sincrono sembra quasi lo stesso di quello di un motore asincrono. Tuttavia, questo tipo di centrale elettrica presenta differenze e caratteristiche significative. E sebbene la quota di unità asincrone nel settore sia il 96% del numero totale di motori elettrici, anche altre opzioni, comprese quelle sincrone, hanno trovato i loro consumatori.

Le principali differenze

Fondamentalmente, i motori sincroni e asincroni non sono molto diversi tra loro. La differenza chiave tra i primi modelli è che la rotazione dell'armatura viene eseguita alla stessa velocità della rotazione del flusso magnetico. Allo stesso tempo, all'interno dell'impianto è costruito un avvolgimento del filo, che trasmette tensione alternata, e non un rotore a gabbia di scoiattolo, come nei dispositivi asincroni. Inoltre, alcuni modelli sono dotati di magneti permanenti, ma aumentano significativamente il costo del motore.

All'aumentare del carico, la velocità del rotore rimane la stessa. È questa caratteristica che caratterizza questo tipo di centrale elettrica. Il requisito fondamentale per tali macchine è il seguente: il numero di poli in un campo magnetico in movimento deve corrispondere al numero di poli di un elettromagnete sul rotore.

Design del dispositivo sincrono

Il principio di funzionamento e la struttura delle macchine sincrone rimangono chiari anche per i consumatori inesperti. I componenti chiave del sistema includono i seguenti nodi:

1. Lo statore è una parte fissa dell'installazione, sulla quale si trovano tre avvolgimenti. Sono collegati a stella o triangolo. Come materiale per lo statore vengono utilizzate piastre in acciaio elettrico super resistente.
2. Il rotore è un elemento mobile del motore, dotato di un avvolgimento. Durante il funzionamento dell'impianto, questo avvolgimento trasmette una certa tensione.

C'è un piccolo traferro tra la parte fissa e la parte mobile del sistema, che garantisce funzionamento equilibrato del motore e influenza libera del campo magnetico sui componenti chiave unità. Il motore contiene anche i cuscinetti necessari per la rotazione del rotore e una morsettiera. Quest'ultimo si trova nella parte superiore del meccanismo.

Principio di funzionamento

Studiando il principio di funzionamento di un motore sincrono, è importante capire che, come altri tipi di centrali elettriche, convertono un tipo di energia in un altro. In parole semplici, i meccanismi integrati ricavano energia meccanica dall'energia elettrica, e tutto il lavoro avviene secondo il seguente algoritmo:

1. Una tensione alternata viene fatta passare attraverso l'avvolgimento sullo statore, determinando la formazione di un campo magnetico.
2. Quindi viene applicata una tensione simile agli avvolgimenti del rotore, che crea anche un campo magnetico. In presenza di magneti permanenti nella struttura, tale campo è presente di default.
3. Quando due campi magnetici si scontrano, si contrastano a vicenda, ad es. uno spinge l'altro. È questo principio che provoca il movimento del rotore posto sui cuscinetti.

Sapendo come funziona e funziona un motore sincrono, resta da distribuire correttamente la sua energia e utilizzarla per i giusti scopi. Tuttavia, le prestazioni e l'efficienza del sistema saranno massimizzate solo se può essere portato al normale funzionamento.

Disposizione del generatore

Esiste una versione inversa di motori sincroni: generatori sincroni. Funzionano in modo leggermente diverso:

1. L'avvolgimento dello statore stazionario non trasmette tensione. Al contrario, viene rimosso da lei.
2. Una tensione alternata viene fornita attraverso l'avvolgimento del rotore, mentre il consumo di energia elettrica è molto ridotto.
3. Il movimento del generatore è guidato da un motore diesel o benzina. Può anche essere fatto girare dalla forza dell'acqua o del vento.
4. L'induzione EMF si verifica nell'avvolgimento dello statore e alle estremità appare una differenza di potenziale. Ciò è dovuto al campo magnetico in movimento attorno al rotore.

Ma in ogni caso, è necessario stabilizzare la tensione all'uscita del generatore. Questo viene fatto collegando l'avvolgimento del rotore a una sorgente di tensione.

A seconda delle caratteristiche costruttive, il rotore può essere dotato di magneti permanenti o elettrici o cosiddetti poli. Per quanto riguarda gli induttori, nelle installazioni sincrone sono:

1. Polo esplicito.
2. Polarità implicita.

Questi tipi differiscono tra loro solo per la posizione relativa dei poli. Per ridurre la resistenza del campo magnetico e migliorare la penetrazione della corrente, il meccanismo è dotato di nuclei fatti di ferromagneti. I nuclei si trovano sia nel rotore che nello statore e per la loro fabbricazione viene utilizzato esclusivamente acciaio elettrico. Il fatto è che questo materiale contiene una grande quantità di silicio, che riduce significativamente le correnti parassite e migliora la resistenza elettrica del nucleo.

Inizio installazione

Quando si utilizzano motori sincroni, sorgono molte difficoltà nella fase del loro avviamento. Per questo motivo, non sono molto popolari e sono inferiori alle opzioni asincrone.

Dal momento in cui sono apparsi sul mercato, il funzionamento delle unità sincrone è stato fornito da uno speciale dispositivo asincrono, che è stato collegato meccanicamente al resto delle unità. Infatti, il rotore è stato accelerato alla frequenza desiderata utilizzando il secondo tipo di motori. I moderni dispositivi asincroni non hanno bisogno di collegare meccanismi aggiuntivi, e tutto ciò che è richiesto per il loro funzionamento è la tensione appropriata per l'avvolgimento dello statore.

Non appena il sistema raggiunge la velocità desiderata, il motorino di sovralimentazione si spegne. In questo caso, i campi magnetici del motore elettrico lo porteranno a lavorare in modalità sincrona. Per eseguire l'overclocking dell'unità, dovrai utilizzare un altro motore con una potenza del 10% della potenza del motore sincrono. Quando si accelera un motore elettrico di 1 kW, viene utilizzato un sistema di accelerazione da 100 W. Secondo gli esperti, tali indicatori sono sufficienti per un funzionamento equilibrato della macchina in modalità inattiva o con carico leggero.

Applicazioni

Il motore elettrico sincrono è un'invenzione importante per varie industrie. Ma a causa del suo design complesso e dell'alto costo delle attrezzature, viene utilizzato raramente.

I campi di applicazione dei motori elettrici di tipo sincrono sono molto limitati. Nella maggior parte dei casi, l'installazione viene utilizzata per aumentare gli indicatori di potenza nel sistema di alimentazione, che grazie alla loro capacità di funzionare con qualsiasi fattore di potenza ed eccellente efficacia dei costi.

I dispositivi sono richiesti per quelle condizioni in cui la velocità di rotazione raggiunge appena i 500 giri/min ed è necessario aumentare la potenza. Attualmente vengono attivamente implementati in pompe a pistoni, impianti di compressione, laminatoi e altri sistemi.