Czym różnią się silniki indukcyjne od silników synchronicznych?

W tym artykule przyjrzymy się głównym różnicom między synchronicznymi silnikami elektrycznymi a silnikami indukcyjnymi, aby każdy, kto czyta te wiersze, mógł wyraźnie zrozumieć te różnice.

Silniki asynchroniczne są dziś bardziej rozpowszechnione, ale w niektórych sytuacjach silniki synchroniczne są bardziej odpowiednie, skuteczniejsze w rozwiązywaniu określonych problemów przemysłowych i produkcyjnych, zostanie to omówione poniżej.

Najpierw przypomnijmy sobie, czym jest silnik elektryczny. Silnik elektryczny nazywana jest maszyną elektryczną, przeznaczoną do przetwarzania energii elektrycznej na energię mechaniczną obrotu wirnika i służy jako napęd jakiegoś mechanizmu, na przykład do napędzania dźwigu lub pompy.

W szkole wszystkim powiedziano i pokazano, jak dwa magnesy odpychają się od biegunów o tej samej nazwie, a od przeciwnych biegunów - przyciągają. To magnesy trwałe… Ale są też magnesy zmienne. Każdy pamięta rysunek z przewodzącą ramką umieszczoną między biegunami magnesu stałego w kształcie podkowy.

Rama umieszczona poziomo, jeśli przepływa przez nią prąd stały, stanie się polem magnetycznym magnesu trwałego pod działaniem pary sił (Siła amperowa) aż do osiągnięcia pionowej równowagi.

Jeśli następnie przez ramę przepłynie prąd stały w przeciwnym kierunku, rama będzie się dalej obracać. W wyniku takiego przemiennego zasilania ramy prądem stałym w jednym lub drugim kierunku, uzyskuje się ciągły obrót ramy. Rama tutaj jest analogiem zmiennego magnesu.

Powyższy przykład z obracającą się ramą w najprostszej postaci demonstruje zasadę działania synchronicznego silnika elektrycznego. Każdy silnik synchroniczny z wirnikiem ma uzwojenia wzbudzające, które są zasilane prądem stałym, który tworzy pole magnetyczne wirnika. Stojan synchronicznego silnika elektrycznego zawiera uzwojenie stojana, które tworzy pole magnetyczne stojana.

Gdy prąd przemienny jest doprowadzany do uzwojenia stojana, wirnik będzie się obracał z częstotliwością odpowiadającą częstotliwości prądu w uzwojeniu stojana. Prędkość wirnika będzie synchroniczna z częstotliwością prądu uzwojenia stojana, dlatego taki silnik elektryczny nazywa się synchronicznym. Pole magnetyczne wirnika jest generowane przez prąd, a nie przez pole stojana, dzięki czemu silnik synchroniczny jest w stanie utrzymać znamionową prędkość synchroniczną niezależnie od mocy obciążenia, oczywiście w rozsądnych granicach.

Z kolei silnik indukcyjny różni się od silnika synchronicznego. Jeśli przypomnimy sobie obraz w ramce, a ramka jest po prostu zwarta, to gdy magnes obraca się wokół ramki, prąd indukowany w ramce wytworzy pole magnetyczne na ramie, a ramka będzie próbowała dogonić magnes.

Prędkość ramy pod obciążeniem mechanicznym będzie zawsze mniejsza niż prędkość magnesu, a zatem częstotliwość nie będzie synchroniczna. Ten prosty przykład pokazuje, jak działa silnik indukcyjny.

W asynchronicznym silniku elektrycznym wirujące pole magnetyczne jest tworzone przez prąd przemienny uzwojenia stojana znajdującego się w jego kanałach. Wirnik typowego silnika indukcyjnego nie ma jako takiego uzwojeń, zamiast tego ma zwarte pręty (wirnik wiewiórkowy), taki wirnik nazywany jest wirnikiem wiewiórczym. Istnieją również silniki indukcyjne z wirnikiem fazowym, w których wirnik zawiera uzwojenia, których rezystancję i prąd można regulować za pomocą reostatu.

Jaka jest więc główna różnica między silnikiem indukcyjnym a silnikiem synchronicznym? Zewnętrznie są podobne, czasem nawet specjalista nie odróżni synchronicznego silnika elektrycznego od asynchronicznego na podstawie cech zewnętrznych. Główna różnica polega na konstrukcji wirników. Wirnik silnika indukcyjnego nie jest zasilany prądem, a jego bieguny są indukowane polem magnetycznym stojana.

Wirnik silnika synchronicznego ma niezależnie napędzane uzwojenie wzbudzające. Stojany silnika synchronicznego i asynchronicznego są rozmieszczone w ten sam sposób, funkcja w każdym przypadku jest taka sama - tworzenie wirującego pola magnetycznego na stojanie.

Prędkość silnika indukcyjnego pod obciążeniem zawsze pozostaje w tyle za obrotem pola magnetycznego stojana o wielkość poślizgu, podczas gdy prędkość silnika synchronicznego jest równa częstotliwości „obrotu” pola magnetycznego stojana, dlatego jeśli prędkość ma być stała przy różnych obciążeniach, lepiej jest wybrać silnik synchroniczny, na przykład w Napęd nożyc gilotynowych najlepiej nadaje się do swojego zadania dzięki mocnemu silnikowi synchronicznemu.

Zakres zastosowania silników asynchronicznych jest dziś bardzo szeroki. Są to wszelkiego rodzaju maszyny, przenośniki, wentylatory, pompy — wszystkie te urządzenia, w których ładunek jest stosunkowo stabilny lub zmniejszenie prędkości ładunku nie jest krytyczne dla procesu pracy.

Niektóre sprężarki i pompy wymagają stałej prędkości przy każdym obciążeniu; silniki synchroniczne są instalowane na takich urządzeniach.

Silniki synchroniczne są droższe w produkcji niż silniki asynchroniczne, więc jeśli istnieje wybór i nieznaczne zmniejszenie prędkości pod obciążeniem nie jest krytyczne, nabywają silnik asynchroniczny.

Synchroniczne silniki elektryczne są szeroko stosowane w napędach elektrycznych, które nie wymagają regulacji prędkości. W porównaniu z silnikami asynchronicznymi mają szereg zalet:

• wyższa wydajność;

• możliwość wykonania silników o niskiej prędkości obrotowej, co umożliwia rezygnację z pośrednich biegów między silnikiem a pracującą maszyną;

• prędkość obrotowa silnika nie zależy od obciążenia wału;

• możliwość wykorzystania mocy biernej jako urządzeń kompensacyjnych.

Synchroniczne silniki elektryczne mogą być odbiornikami i generatorami reaktywna moc... Charakter i wartość mocy biernej silnika synchronicznego zależy od wielkości prądu w uzwojeniu wzbudzenia. Zależność prądu w uzwojeniu zasilającym sieć elektryczną od prądu wzbudzenia nazywana jest charakterystyką w kształcie litery U silnika synchronicznego. Przy 100% obciążeniu wału silnika, jego cosinus fi równa się 1. W tym przypadku silnik elektryczny nie pobiera mocy biernej z sieci elektrycznej. W tym przypadku prąd w uzwojeniu stojana ma wartość minimalną.