Silniki synchroniczne małej mocy

Synchroniczne silniki elektryczne małej mocy (mikrosilniki) stosowane w systemach automatyki, różnych sprzętach AGD, zegarach, kamerach itp.

Większość synchronicznych silników elektrycznych małej mocy różni się od maszyn o normalnej wydajności tylko konstrukcją wirnika, który z reguły nie ma uzwojenia polowego, pierścieni ślizgowych i dociskanych do nich szczotek.

Aby wytworzyć moment obrotowy, wirnik jest wykonany z twardego stopu magnetycznego, po czym następuje pojedyncze namagnesowanie w silnym pulsacyjnym polu magnetycznym, w wyniku czego bieguny zachowują następnie namagnesowanie szczątkowe.

Gdy używany jest miękki materiał magnetyczny, wirnik otrzymuje specjalny kształt, który zapewnia różną rezystancję magnetyczną jego rdzenia magnetycznego w kierunkach promieniowych.

Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi posiadają cylindryczny, wypukły wirnik biegunowy wykonany z twardego stopu magnetycznego oraz klatkowe uzwojenie rozruchowe.

W momencie rozruchu silnik synchroniczny pracuje jako silnik indukcyjny, a jego początkowy moment obrotowy powstaje w wyniku oddziaływania wirującego pola magnetycznego stojana z indukowanymi przez niego prądami w zwartym uzwojeniu wirnika. Gdy silnik jest uruchamiany w stanie wzbudzonym, pole magnetyczne magnesów trwałych obracającego się wirnika indukuje e w uzwojeniu stojana. itp. v. zmienna częstotliwość, a to powoduje prądy, dzięki którym występuje moment hamujący.

Wynikowy moment obrotowy na wale silnika jest określony przez sumę momentów wywołanych zwarciem uzwojenia i efektu hamowania, czyli zależnego od poślizgu. Podczas rozpędzania wirnika moment ten osiąga minimalną wartość, która przy prawidłowym doborze uzwojenia rozruchowego powinna być większa od momentu znamionowego.

Gdy prędkość zbliża się do prędkości synchronicznej, wirnik w wyniku oddziaływania pola magnesów trwałych z wirującym polem magnetycznym stojana jest ściągany do synchronizmu, a następnie obraca się z prędkością synchroniczną.

Działanie silnika synchronicznego z magnesami trwałymi niewiele różni się od działania silnika synchronicznego z uzwojeniem.

Silniki synchroniczne oporowe mają wirnik z wystającymi biegunami wykonany z miękkiego materiału magnetycznego z wnękami lub szczelinami, więc jego opór magnetyczny w kierunkach promieniowych jest inny. Wydrążony wirnik składa się z tłoczonych arkuszy stali elektrotechnicznej i ma zwartą cewkę rozruchową. Istnieją wirniki wykonane z litego materiału ferromagnetycznego z podobnymi wnękami.Sekcyjny wirnik składa się z arkuszy stali elektrotechnicznej odlanej z aluminium lub innego materiału diamagnetycznego, który działa jak uzwojenie zwarciowe.

Gdy uzwojenie stojana jest włączone, wiruje pole magnetyczne i silnik uruchamia się asynchronicznie. Po zakończeniu rozpędzania wirnika do prędkości synchronicznej, pod działaniem momentu biernego wywołanego różnicą oporów magnetycznych w kierunkach promieniowych, wchodzi on w synchronizm i znajduje się względem wirującego pola magnetycznego stojana, tak że jego odporność magnetyczna na to pole jest największa - mała.

Powszechnie produkowane są silniki synchroniczne oporowe o mocy znamionowej do 100 W, a czasem nawet większej, jeśli przywiązują szczególną wagę do prostoty konstrukcji i zwiększonej niezawodności. Przy tych samych wymiarach moc znamionowa synchronicznych silników oporowych jest 2 — 3 razy mniejsza niż moc znamionowa silników synchronicznych z magnesami trwałymi, ale są one prostsze w konstrukcji, różnią się niższym kosztem, ich znamionowy współczynnik mocy nie przekracza 0,5, a wydajność nominalna wynosi do 0,35 — 0,40.

Synchroniczne silniki histerezy mają wirnik ze stopu twardego magnesu o szerokim przekroju obwód histerezy… Aby zaoszczędzić na tym drogim materiale, wirnik ma konstrukcję modułową, w której wał jest przymocowany do tulei wykonanej z materiału ferro- lub diamagnetycznego i jest wzmocnionym cylindrem pełnym lub wydrążonym złożonym z płyt dokręconych pierścieniem blokującym na to .Zastosowanie twardego stopu magnetycznego do produkcji wirnika prowadzi do tego, że podczas pracy silnika fale rozkładu indukcji magnetycznej na powierzchniach stojana i wirnika są przesunięte względem siebie o pewien kąt, zwany kąt histerezy, który powoduje pojawienie się momentu histerezy, skierowanego na obrót wirnika.

Różnica między silnikami synchronicznymi z magnesami trwałymi a silnikami synchronicznymi z histerezą polega na tym, że w pierwszym przypadku wirnik jest wstępnie namagnesowany w silnym pulsacyjnym polu magnetycznym podczas produkcji maszyny, aw drugim przypadku jest on magnesowany przez wirujące pole magnetyczne stojana.

Podczas uruchamiania silnika synchronicznego z histerezą, oprócz głównego momentu histerezy w maszynach z pełnym wirnikiem, występuje moment asynchroniczny z powodu prądów wirowych w obwodzie magnetycznym wirnika, co przyczynia się do przyspieszenia wirnika, jego wejścia w synchronizm i dalsza praca z prędkością synchroniczną ze stałym przemieszczeniem wirnika względem wirującego pola magnetycznego stojana o kąt określony obciążeniem wału maszyny.

Silniki synchroniczne z histerezą pracują zarówno w trybie synchronicznym, jak i asynchronicznym, ale w tym drugim przypadku z małym poślizgiem. Silniki synchroniczne z histerezą wyróżniają się dużym momentem rozruchowym, płynnym wejściem w synchronizm, niewielką zmianą prądu w granicach 20-30% podczas przejścia z trybu jałowego do trybu zwarciowego.

Silniki te mają lepsze osiągi niż synchroniczne silniki reluktancyjne, wyróżniają się prostotą konstrukcji, niezawodnością i cichą pracą, niewielkimi rozmiarami i niską masą.

Brak krótkiego uzwojenia powoduje drgania wirnika przy zmiennym obciążeniu, co prowadzi do pewnej nierównomierności jego obrotów, co ogranicza zakres zastosowań maszyn produkowanych o mocy znamionowej do 400 W dla częstotliwości przemysłowych i podwyższonych , zarówno pojedyncze, jak i podwójne prędkości.

Znamionowy współczynnik mocy histerezy silników synchronicznych nie przekracza 0,5, a znamionowa sprawność sięga 0,65.

Silniki synchroniczne z histerezą reluktancyjną mają stojan z biegunami jawnymi z cewką umieszczoną na rdzeniu magnetycznym złożonym z dwóch symetrycznych wiązek blach elektrotechnicznych ze złączem wewnątrz ramy cewki. Obwód magnetyczny ma dwa bieguny przecięte wzdłużnym rowkiem na równe części, a na jednym z nich znajdują się zwarte zwoje na każdym biegunie. Pomiędzy tymi rozszczepionymi biegunami znajduje się wirnik składający się z kilku cienkich połączonych pierścieni z hartowanej magnetycznej twardej stali, zamontowany na kole pasowym połączonym z przekładnią, która zmniejsza prędkość wału wyjściowego do kilkuset lub kilkudziesięciu obrotów na minutę.

Podczas włączania uzwojenia stojana, z powodu zwartych zwojów, powstaje przesunięcie fazowe w czasie między strumieniami magnetycznymi nieekranowanych i ekranowanych części biegunów, co prowadzi do wzbudzenia powstałego wirującego pola magnetycznego. To pole oddziałujące z wirnikiem przyczynia się do powstawania momentów asynchronicznych i histerezy, powodując przyspieszenie wirnika, który po osiągnięciu prędkości synchronicznej pod wpływem momentów biernych i histerezy wchodzi w synchronizm i obraca się w kierunku od nieekranowaną część słupa do części ekranowanej, w miejscu zwarcia.

Mam silniki rewersyjne, zamiast zwierania stosuje się cztery uzwojenia, które znajdują się na dwóch częściach każdego bieguna dzielonego i dla przyjętego kierunku obrotów wirnika odpowiednia para uzwojeń jest zwarta.

Synchroniczne silniki synchroniczne z histerezą bierną charakteryzują się stosunkowo dużymi gabarytami i masą, ich moc znamionowa nie przekracza 12 μW, pracują z bardzo niskim współczynnikiem mocy, a ich sprawność nominalna nie przekracza 0,01.

Synchroniczne silniki krokowe sterujące impulsami elektrycznymi są przetwarzane na zadany kąt obrotu, realizowany w sposób dyskretny. Posiadają stojan, na którego obwodzie magnetycznym znajdują się dwie lub trzy jednakowo rozmieszczone przestrzennie cewki połączone szeregowo ze źródłem energii elektrycznej w postaci prostokątnych impulsów regulowana częstotliwość. Pod wpływem impulsów prądowych bieguny stojana są odpowiednio magnesowane ze zmienną polaryzacją. Zmiana kierunku prądów w uzwojeniach stojana prowadzi do odpowiedniego odwrócenia namagnesowania biegunów i ustanowienia nowej przeciwnej biegunowości.

Wystający wirnik biegunowy silników krokowych może być aktywny i bierny. Wirnik aktywny posiada cewkę wzbudzającą prądu stałego, pierścienie ślizgowe i szczotki lub układ magnesów trwałych o zmiennej biegunowości, natomiast wirnik bierny jest realizowany bez cewki wzbudzającej.

Liczba biegunów wirnika silnika krokowego jest równa połowie liczby biegunów stojana. Każde przełączenie uzwojeń stojana powoduje obrót powstałego pola magnetycznego maszyny i powoduje synchroniczny ruch wirnika o jeden krok.Kierunek obrotu wirnika zależy od biegunowości impulsu przyłożonego do odpowiedniego uzwojenia stojana.

Przeczytaj także: Selsyns: cel, urządzenie, zasada działania