Silniki elektryczne synchroniczne i asynchroniczne: zasada działania i różnice w charakterystykach

Silniki elektryczne to maszyny, które przekształcają energię elektryczną w energię mechaniczną. Przetworzona energia napędza wirnik silnika w ruch obrotowy, który poprzez przekładnię przenosi obrót bezpośrednio na wał siłownika. Główne typy silników elektrycznych to silniki synchroniczne i asynchroniczne. Różnice między nimi determinują możliwości zastosowania w różnych urządzeniach i procesach technologicznych.

Zasady pracy

Wszystkie silniki elektryczne mają stały stojan i obracający się wirnik. Różnica między silnikami asynchronicznymi i synchronicznymi polega na zasadach tworzenia biegunów. W silniku indukcyjnym powstają one w wyniku zjawiska indukcji. Wszystkie inne silniki elektryczne wykorzystują magnesy trwałe lub cewki prądowe do wytworzenia pola magnetycznego.

Cechy silników synchronicznych

Wiodące jednostki maszyny synchronicznej - armatura i cewka indukcyjna

. Stojan to kotwica, a cewka indukcyjna znajduje się na wirniku. Pod wpływem prądu przemiennego w tworniku powstaje wirujące pole magnetyczne. Zazębia się z polem magnetycznym cewki indukcyjnej utworzonej przez bieguny magnesów trwałych lub cewek prądu stałego. W wyniku tego oddziaływania energia elektryczności zamieniana jest na energię kinetyczną obrotu.

Wirnik maszyny synchronicznej ma taką samą prędkość obrotową jak pole stojana. Zalety synchronicznych silników elektrycznych:

• Strukturalnie służy zarówno jako silnik, jak i generator.
• Prędkość niezależna od obciążenia.
• Świetna wydajność.
• Niska pracochłonność naprawy i konserwacji.
• Wysoki stopień niezawodności.

Maszyny synchroniczne są szeroko stosowane jako silniki elektryczne dużej mocy przy niskich prędkościach i stałym obciążeniu. Generatory są używane tam, gdzie wymagane jest niezależne źródło zasilania.

Maszyna synchroniczna ma również wady:

• Do zasilania cewki indukcyjnej wymagane jest źródło prądu stałego.
• Nie ma początkowego momentu rozruchowego, do rozruchu wymagany jest zewnętrzny moment obrotowy lub rozruch asynchroniczny.
• Szczotki i zbieracze szybko zawodzą.

Nowoczesne jednostki synchroniczne zawierają w cewce, oprócz uzwojenia zasilanego prądem stałym, rozruchowe uzwojenie zwarciowe, które jest przeznaczone do rozruchu w trybie asynchronicznym.

Charakterystyczne cechy silników asynchronicznych

Wirujące pole magnetyczne stojana silnika indukcyjnego indukuje prądy indukcyjne w wirniku, które tworzą własne pole magnetyczne. Interakcja pól wprawia wirnik w ruch obrotowy. W tym przypadku prędkość wirnika pozostaje w tyle za prędkością pola magnetycznego. Ta właściwość znajduje odzwierciedlenie w nazwie silnika.

Silniki asynchroniczne są dwojakiego rodzaju: z klatką wiewiórkową i rotorem fazowym.

Urządzenia gospodarstwa domowego, takie jak wentylator lub odkurzacz, są zwykle wyposażone w silniki klatkowe, które są kołem klatkowym. Wszystkie pręty są zamknięte tarczami spawanymi z obu stron. Oddziaływanie pola magnetycznego stojana z prądami indukowanymi w wirniku generuje siłę elektromagnetyczną, która działa na wirnik zgodnie z kierunkiem obrotu pola stojana. Moment obrotowy na wale silnika jest generowany przez wszystkie siły elektromagnetyczne z każdego przewodnika.

Silnik z wirnikiem uzwojonym wykorzystuje ten sam stojan co silnik klatkowy. A uzwojenia trzech faz są dodawane do wirnika, połączone w „gwiazdę”. Podczas uruchamiania silnika można podłączyć do nich reostaty, które regulują prądy rozruchowe. Za pomocą reostatów można również regulować prędkość obrotową silnika.

Do zalet silników asynchronicznych należą:

• Zasilany bezpośrednio z sieci AC.
• Prostota urządzenia i stosunkowo niski koszt.
• Możliwość zastosowania w sprzęcie AGD z wykorzystaniem połączenia jednofazowego.
• Niskie zużycie energii i oszczędność.

Poważne wady - kompleksowa kontrola prędkości i duża utrata ciepła. Aby zapobiec przegrzaniu, obudowa urządzenia jest użebrowana, a na wale silnika zamontowany jest wirnik w celu chłodzenia.

Różnica w charakterystyce silników elektrycznych

Przy wyborze jednostek decydujące znaczenie mają cechy konstrukcyjne i osiągi silników elektrycznych. Od tego zależy konstrukcja przekładni i wszystkich jednostek napędowych mechanizmów. Wybierając silnik, musisz polegać na podobieństwie i głównych różnicach we właściwościach maszyn:

• Główna różnica między silnikiem synchronicznym a asynchronicznym polega na konstrukcji wirnika. Jest to magnes stały lub elektryczny. W silniku asynchronicznym pola magnetyczne w wirniku są indukowane przez indukcję elektromagnetyczną.
• W przypadku silników synchronicznych prędkość wału jest stała, w przypadku silników asynchronicznych może się zmieniać wraz ze zmianą obciążenia.
• Synchronizatory nie mają momentu rozruchowego. Aby wprowadzić synchronizację, wymagany jest start asynchroniczny.

Silniki elektryczne synchroniczne i asynchroniczne są wykorzystywane na różne sposoby. Silniki synchroniczne są zalecane do stosowania wszędzie tam, gdzie występują wysokie poziomy mocy. ciągły proces produkcyjny i nie wymaga częstego ponownego uruchamiania jednostek ani dostosowywania częstotliwości obrót. Stosowane są w przenośnikach, walcowniach, sprężarkach, kruszarkach kamieni itp. Nowoczesny synchroniczny silnik elektryczny ma taki sam szybki rozruch jak silnik asynchroniczny, ale jest mniejszy i bardziej ekonomiczny niż silnik asynchroniczny o tej samej mocy.

Asynchroniczne silniki elektryczne z uzwojonym wirnikiem są stosowane tam, gdzie potrzebny jest duży moment rozruchowy i częste zatrzymywanie jednostek. Na przykład w windach i żurawiach wieżowych. Asynchroniczne silniki elektryczne z wirnikiem klatkowym są szeroko stosowane ze względu na prostotę urządzenia i łatwość obsługi.

Korzystając z zalet różnych jednostek i różnic między silnikiem synchronicznym a asynchronicznym, możesz: dokonać świadomego wyboru takiego lub innego silnika podczas projektowania maszyn, obrabiarek i innych ekwipunek.