Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного

Поршневые кольца ВАЗ

Отличия и недостатки этих двигателей

Отличия синхронного и асинхронного двигателей ясны из их названий. Собственно, плюсы имеют и тот, и другой вариант конструкции. Ниже перечислены плюсы, которыми отличаются оба двигателя — синхронный и асинхронный.

Асинхронный двигатель отличается от синхронного следующими параметрами:

• простота конструкции и невысокая стоимость;
• нет скользящих контактов, надежность в эксплуатации;
• напряжение прикладывается к неподвижным катушкам статора;
• ротор очень прост по конструкции;
• при запуске и разгоне постепенно наращивает мощность;
• возможность реверсировать направление вращения, просто поменяв местами две питающих фазы;
• при остановке движения (слишком большая механическая нагрузка на вал ротора) никакой аварии не происходит, может произойти перегрев беличьей клетки.

Отличия синхронного двигателя от асинхронного заключаются в следующем:

• стабильная скорость вращения вне зависимости от нагрузки на вал;
• невысокая чувствительность к перепадам напряжения в сети;
• при уменьшении механической нагрузки способен по инерции работать как генератор, не забирая энергию, а отдавая ее в сеть;
• высокий КПД;
• способен компенсировать реактивную мощность сети.

Но у каждого имеются и присущие только ему недостатки.

Асинхронный имеет следующие отрицательные черты:

• трудность регулировки частоты вращения;
• невысокая частота вращения;
• зависимость отставания частоты вращения от нагрузки на ось;
• при работе ротор нагревается за счет короткозамкнутых токов — требуется дополнительное охлаждение.

Недостатки синхронного двигателя:

• сложнее по конструкции;
• в некоторых конструкциях для проводки тока возбуждения в обмотки ротора используется коллектор, как в двигателе постоянного тока;
• труднее запускается.

Несмотря на различия, оба электрических двигателя нашли себе применение в технике и используются в самых разных исполнениях и размерах.

Электрические двигатели давно и прочно заняли лидирующие позиции среди силовых агрегатов различного типа оборудования. Их можно найти в автомобиле и в пылесосе, в сложнейших станках и в обычных детских игрушках. Они есть практически везде, хотя и отличаются между собой типом, строением и рабочими характеристиками.

Электродвигатели – это силовые агрегаты, способные превращать электрическую энергию в механическую. Различают два их основных вида: двигатели переменного и постоянного тока. Разница между ними, как понятно из названия, заключается в типе питающего тока. В данной статье речь пойдет о первом виде – электродвигателе переменного тока

Устройство и принцип работы

Основная движущая сила любого электрического двигателя – электромагнитная индукция. Электромагнитная индукция, если описать ее в двух словах – это появление силы тока в проводнике, помещенном в переменное магнитное поле. Источником переменного магнитного поля является неподвижный корпус двигателя с размещенными на нем обмотками – статор, подключенный к источнику переменного тока. В нем расположен подвижный элемент – ротор, в котором и возникает ток. По закону Ампера на заряженный проводник, помещенный в магнитное поле, начинает действовать электродвижущая сила – ЭДС, которая вращает вал ротора. Таким образом, электрическая энергия, которая подается на статор, превращается в механическую энергию ротора. К вращающемуся валу можно подключать различные механизмы, выполняющие полезную работу.

Электродвигатели переменного тока делятся на синхронные и асинхронные. Разница между ними в том, что в первых ротор и магнитное поле статора вращаются с одной скоростью, а во вторых ротор вращается медленнее, чем магнитное поле. Отличаются они и по устройству, и по принципу работы.

Асинхронный двигатель

На статоре асинхронного двигателя закреплены обмотки, создающие переменное вращающееся магнитное поле, концы которой выводятся на клеммную коробку. Поскольку при работе двигатель нагревается, на его валу устанавливается вентилятор системы охлаждения.

Ротор асинхронного двигателя выполнен с валом как одно целое. Он представляет собой металлические стержни, замкнутые между собой с двух сторон, из-за чего такой ротор еще именуется короткозамкнутым. Своим видом он напоминает клетку, поэтому его часто называют «беличьим колесом» Более медленное вращение ротора в сравнении с вращением магнитного поля – результат потери мощности при трении подшипников. Кстати, если бы не было этой разницы в скорости, ЭДС бы не возникала, а без нее не было бы и тока в роторе и самого вращения.

Магнитное поле вращается за счет постоянной смены полюсов. При этом соответственно меняется направление тока в обмотках. Скорость вращения вала асинхронного двигателя зависит от числа полюсов магнитного поля.

Синхронный двигатель

Устройство синхронного двигателя

Устройство синхронного электродвигателя немного отличается. Как понятно из названия, в этом двигателе ротор вращается с одной скоростью с магнитным полем. Он состоит из корпуса с закрепленными на нем обмотками и ротора или якоря, снабженного такими же обмотками. Концы обмоток выводятся и закрепляются на коллекторе. На коллектор или токосъемное кольцо подается напряжение посредством графитовых щеток. При этом концы обмоток размещены таким образом, что одновременно напряжение может подаваться только на одну пару.

В отличие от асинхронных на ротор синхронных двигателей напряжение подается щетками, заряжая его обмотки, а не индуцируется переменным магнитным полем. Направление тока в обмотках ротора меняется параллельно с изменением направления магнитного поля, поэтому выходной вал всегда вращается в одну сторону. Синхронные электродвигатели позволяют регулировать скорость вращения вала путем изменения значения напряжения. На практике для этого обычно используются реостаты.

Как работает синхронный двигатель

Принцип действия синхронного двигателя основывается на взаимном влиянии магнитных полей якоря и полюсов индуктора. При обращенной конструкции агрегата расположение якоря и индуктора выполнено наоборот, то есть, первый расположен на роторе, а другой – на статоре. Такой вариант используют криогенные синхронные машины, у которых в состав обмоток возбуждения входят материалы со свойствами сверхпроводимости.

При запуске двигателя его разгоняют до частоты близкой к той, с которой в зазоре вращается магнитное поле. Только после этого он переходит в синхронный режим. В данной ситуации происходит пересечение магнитных полей якоря и индуктора. Этот момент получил название входа в синхронизацию.

При разгоне используется состояние асинхронного режима, когда происходит замыкание обмоток индуктора с помощью реостата или короткозамкнутым путем, подобно асинхронным машинам. Для того, чтобы осуществлять запуск в таком режиме, ротор оснащается короткозамкнутой обмоткой, которая одновременно является успокоительной обмоткой, способной устранить раскачивание ротора во время синхронизации. После того, как скорость становится близко к номинальной, в индуктор подается постоянный ток.

Таким образом, синхронный двигатель это не только двигатель, но и своеобразный генератор, поскольку у них одинаковое конструктивное исполнение. Схема работы двигателя будет следующей. Обмотка якоря подключается к трехфазному переменному току, а к обмотке возбуждения от постороннего источника подается постоянный ток. Вращающееся магнитное поле, созданное трехфазной обмоткой и поле, созданное обмоткой возбуждения, взаимодействуют между собой. Это вызывает появление электромагнитного момента, приводящего ротор во вращающееся состояние.

Для двигателей, где установлены постоянные магниты, применяются специальные внешние разгонные двигатели. В отличие от асинхронных устройств, разгон ротора в синхронном двигателе должен достигнуть частоты вращения магнитного поля. Это связано с подачей в обмотку ротора тока из постороннего источника, а не индуцируется в нем под действием магнитного поля статора, следовательно, на него не влияет частота вращения вала. В результате, синхронный двигатель переменного тока приобретает постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки. Специфический принцип работы этих устройств оказал влияние на их пуск и регулировку частоты вращения.

23 факта для общего развития (на тему «век живи — век учись»)

Сфера применения

Электродвигатели переменного тока широко используются практически во всех сферах. Ими оснащаются электростанции, их используют в автомобиле- и машиностроении, есть они и в домашней бытовой технике. Простота их конструкции, надежность, долговечность и высокий показатель КПД делает их практически универсальными. Асинхронные двигатели нашли применение в приводных системах различных станков, машин, центрифуг, вентиляторов, компрессоров, а также бытовых приборов. Трехфазные асинхронные двигатели являются наиболее распространенными и востребованными

Синхронные двигатели используются не только в качестве силовых агрегатов, но и генераторов, а также для привода крупных установок, где важно контролировать скорость

Однодневные поездки в Финляндию из Санкт-Петербурга

Синхронные и асинхронные генераторы — в чем разница?

Современные электрогенераторные установки различаются не только по типу двигателя (дизельные, турбинные и др.), виду выхода электричества (постоянный или переменный), но и по способу возбуждения. Создание магнитного поля внутри установки может быть независимым, магнитным и самостоятельным. Самовозбуждение, в свою очередь, может быть последовательным, параллельным и смешанным. Генераторы электричества со смешанным возбуждением (состоит из двух обмоток, одна из которых подключается к параллельной нагрузке, другая — к первой обмотке возбуждения последовательно) носят название синхронных или гибридных установок.

Параметры синхронного генератора

Режимы работы

Синхронный генератор может работать в нормальном и анормальном режиме. Под нормальным понимают режим работы в допустимых лимитах, указанных в ГОСТах и у производителей. Анормальный режим работы синхронного генератора включает функционирование агрегата с аварийными перегрузками, недовозбуждением или потерей возбуждения, в условиях отказа охлаждения, асинхронный ход и др.

Главные преимущества:

• Высокая стабильность напряжения на выходе
• Работа с приборами на больших пусковых токах
• Возможность точно регулировать выходные параметры напряжения и тока
• Простота эксплуатации

К недостаткам можно отнести следующие параметры:

• Низкая степень защиты (класс IP 23). Конструкция установки не позволяет решить проблему защиты агрегата от пыли, воды и других внешних факторов
• Слабые стороны щеточного узла. Щетки снижают ресурс агрегата и требуют регулярного обслуживания, чистки, замены
• Стоимость. Продажа синхронных генераторов характеризуется более высокими ценами, по сравнению с асинхронными аналогами

Область применения синхронных установок определяется совокупностью вышеперечисленных плюсов и минусов: высокий уровень производительности и отменное качество напряжения подходят для работы, как в бытовых условиях, так и в режиме промышленных электростанций. Однако слабая система защиты от внешних воздействий требует дополнительных мер. Например, можно купить синхронный генератор в составе электростанции, установленной в специальном кожухе. Такая защита обеспечивает установке прекрасную функциональность в любых условиях.

Устройство асинхронного генератора

Стоит отметить, что параметры асинхронного генератора делают его оптимальным источником электроэнергии для приборов с активной нагрузкой (компьютерная техника, сварочные преобразователи, электрические нагреватели и др.). Однако следует помнить, что для такой установки недопустимы перегрузки: запас мощности при подключении устройств должен быть не менее чем в 3 раза.

Типы генераторов

Различают однофазные и трехфазные энергогенерирующие установки с несинхронным механизмом. Асинхронный трехфазный генератор состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. Однофазный аналог включает в себя статор и ротор, сердечники которых набраны из отдельных пластин, а в пазы статорного сердечника устанавливается обмотка. На практике однофазные асинхронные генераторы зарекомендовали себя более экономичными, простыми в обслуживании и надежными в эксплуатации. Поэтому трехфазные установки используются только на объектах, где однофазные аналоги применить невозможно.

Достоинства:

• Простота конструкции
• Отсутствие щеточного узла
• Низкая чувствительность к коротким замыканиям
• Высокий уровень защиты от внешних факторов
• Стоимость: купить асинхронный генератор можно гораздо дешевле синхронного агрегата

Однако у данного типа устройств есть и недостатки:

• Неспособность работать при высоких пиковых нагрузках
• Низкая точность напряжения тока на выходе
• Выход из строя при длительных экстремальных нагрузках

Современные производители предлагают ряд мер по устранению недостатков, что существенно увеличивает спрос на данное энергогенерирующее оборудование.

Принцип действия [ править | править код ]

В основу работы подавляющего числа электрических машин положен принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или индуктора (для машин постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или якоря (для машин постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока очень часто используются постоянные магниты.

Ротор асинхронного двигателя может быть:

• короткозамкнутым;
• фазным (с обмоткой) — используются там, где необходимо уменьшить пусковой ток и регулировать частоту вращения асинхронного электродвигателя. В большинстве случаев это крановые электродвигатели серии МТН, которые повсеместно используются в крановых установках.

Якорь — это подвижная часть машин постоянного тока (двигателя или генератора) или же работающего по этому же принципу так называемого универсального двигателя (который используется в электроинструменте). По сути универсальный двигатель — это тот же двигатель постоянного тока (ДПТ) с последовательным возбуждением (обмотки якоря и индуктора включены последовательно). Отличие только в расчётах обмоток. На постоянном токе отсутствует реактивное (индуктивное или ёмкостное) сопротивление. Поэтому любая «болгарка», если из неё извлечь электронный блок, будет вполне работоспособна и на постоянном токе, но при меньшем напряжении сети.

Принцип действия трёхфазного асинхронного электродвигателя

При включении в сеть в статоре возникает круговое вращающееся магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора и наводит в ней ток индукции. Отсюда, следуя закону Ампера (на проводник с током, помещённый в магнитное поле, действует отклоняющая сила), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов.

Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора.

Синхронный двигатель имеет отличие в конструкции ротора. Ротор выполняется либо постоянным магнитом, либо электромагнитом, либо имеет в себе часть беличьей клетки (для запуска) и постоянные магниты или электромагниты. В синхронном двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают. Для запуска используют вспомогательные асинхронные электродвигатели, либо ротор с короткозамкнутой обмоткой.

Асинхронные двигатели нашли широкое применение во всех отраслях техники. Особенно это касается простых по конструкции и прочных трёхфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутыми роторами, которые надёжнее и дешевле всех электрических двигателей и практически не требуют никакого ухода. Название «асинхронный» обусловлено тем, что в таком двигателе ротор вращается не синхронно со вращающимся полем статора. Там, где нет трёхфазной сети, асинхронный двигатель может включаться в сеть однофазного тока.

Статор асинхронного электродвигателя состоит, как и в синхронной машине, из пакета, набранного из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, в пазах которого уложена обмотка. Три фазы обмотки статора асинхронного трёхфазного двигателя, пространственно смещённые на 120°, соединяются друг с другом звездой или треугольником.

На рисунке показана принципиальная схема двухполюсной машины — по четыре паза на каждую фазу. При питании обмоток статора от трёхфазной сети получается вращающееся поле, так как токи в фазах обмотки, которые смещены в пространстве на 120° друг относительно друга сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120°.

Для синхронной частоты вращения nc поля электродвигателя с р парами полюсов справедливо при частоте тока f : n c = 60 f p =<60f>

>>

При частоте 50 Гц получаем для p = 1, 2, 3 (двух-, четырёх- и шести-полюсных машин) синхронные частоты вращения поля n c > = 3000, 1500 и 1000 об/мин.

Ротор асинхронного электродвигателя также состоит из листов электротехнической стали и может быть выполнен в виде короткозамкнутого ротора (с «беличьей клеткой») или ротора с контактными кольцами (фазный ротор).

Информационная табличка на двигателе (шильдик)

Полную и достоверную информацию о двигателе можно узнать, если уметь «читать» шильдик. Точнее то, что на нем написано. Начнем описание шильдика рассматриваемого двигателя сверху вниз.

Далее построчно:

1. Название двигателя. Значок слева – эмблема завода-изготовителя, справа – знак качества СССР.
2. Слева: тип двигателя – в этом наборе букв и цифр кодировалась технологическая информация. В кодировку могли включить данные о: количестве катушек в одной обмотке; количество витков провода в одной катушке; скольким числом проводов намотаны катушки; тип лака, примененного для пропитки и т.д. Справа: заводской номер двигателя.
3. Слева направо: количество рабочих фаз; частота рабочего напряжения (Гц); мощность двигателя (W); cos φ – коэффициент мощности тока (параметр показывает, какое количество тока, взятого из сети, используется по назначению). Чем больше мощность, тем выше этот параметр.
4. Число оборотов в минуту вала двигателя; характеристики статора – по каким схемам можно соединять обмотки (треугольник или звезда); величина(ы) рабочего напряжения.
5. Ток, потребляемый двигателем, соответствующий каждой схеме соединения обмоток (в данном случае – 2,3 А при соединении «треугольником» и 1,33 А – «звездой»); коэффициент полезного действия (КПД), степень пыле- влагозащиты (IP44).
6. ГОСТ СССР, по которому сделан двигатель; класс изоляции, режим S1. Режим S1 означает, что это постоянный режим работы. В таком режиме двигатель может оставаться включенным в работу на длительное время.
7. Страна-производитель двигателя.

Принцип работы

В основе работы синхронного электродвигателя лежит взаимодействие магнитного потока, генерируемого рабочими обмотками с постоянным магнитным потоком. Наиболее распространенной моделью синхронной электрической машины является вариант с рабочей обмоткой на статоре и обмоткой возбуждения на роторе.

Как видите на рисунке 2 выше, в обмотку статора подается трехфазное напряжение из сети, которое формирует переменное магнитное поле. На обмотки ротора электродвигателя подано постоянное напряжение, которое индуцирует такой же постоянный магнитный поток у полюсов. Для наглядности рассмотрим процесс на упрощенной модели синхронного агрегата (рисунок 3).

При подаче питания на фазные витки статора электродвигателя первый пик амплитуды тока и ЭДС взаимоиндукции приходиться на фазу A, затем B и фазу C.

На графике показана периодичность чередования кривых в зависимости от времени:

• в точке 1 максимальная ЭДС E_A формирует максимальный поток, а электродвижущие силы фаз E_B и E_C равны между собой и противоположны по знаку, они дополняют результирующую силу.
• в точке 2 пика достигает ЭДС E_B, а электродвижущие силы фаз E_A и E_C становятся равны между собой и противоположны по знаку, они дополняют результирующую силу, в результате чего магнитное поле совершает вращательное движение.
• в точке 3 максимум приходиться на ЭДС E_C, а электродвижущие силы фаз E_B и E_A вместе дополняют результирующую силу и снова смещают вектор поля по часовой стрелке.

Оборот поля статора происходит в течении периода, а за счет того, что ротор обладает собственным электромагнитным усилием постоянным во времени, то он синхронно следует за движением переменного магнитного поля, вращаясь вокруг заданной оси. В результате такого вращения происходит синхронное движение ротора вслед за сменой амплитуды ЭДС в витках рабочих обмоток, за счет этого явления электродвигатель и получил название синхронного. Наличие отдельного питания отразилось и на схематическом обозначении таких электрических машин (рисунок 4) в соответствии с ГОСТ 2.722-68.

ЧТО ТАКОЕ АЛЬТЕРНАТОР

Когда–то давно, на заре своего возникновения, устройство для выработки электрического тока так и называлось – альтернатор. То есть, это устаревшее название генератора переменного тока. Позже его стали называть генератором, подразумевая под этим всю конструкцию: альтернатор и двигатель, размещенные на открытой раме или в корпусе.Альтернатор в отдельности – самая важная часть генератора, именно он выполняет главную функцию – преобразовывает механическую энергию вращения вала двигателя в электрическую энергию переменного тока. В нем есть два стандартных элемента: вращающийся ротор и статор — неподвижная часть генератора.

Для возбуждения электродвижущей силы на обмотках статора нужно создать переменное магнитное поле. Для этого все генераторы используют намагниченный ротор, который вращается. Это то, что у всех одинаково. А вот дальше начинаются различия. По конструктивным особенностям передачи магнитного поля на обмотки статора все электростанции можно разделить на асинхронные и синхронные:

• Синхронные альтернаторы имеют обмотки и на роторе. Синхронный альтернатор носит второе популярное название – щеточный.
• Асинхронные альтернаторы обмотки на роторе не имеют. В них передается остаточная намагниченность ротора, без контакта, поэтому надобность в щетках тоже отпадает. Поэтому асинхронный альтернатор называют бесщеточным.

Если совсем просто, то синхронный альтернатор по строению является более сложным, он обладает обмотками на роторе и угольными щетками. Асинхронный альтернатор более простой по своему строению, поэтому генераторы с ним стоят дешевле и, учитывая отзывы покупателей, являются менее надежными и выносливыми. Но это не значит, что асинхронный альтернатор заведомо хуже синхронного. Есть некоторые нюансы, которые практически уравновешивают все плюсы и минусы и одного и другого типа. Какой генератор выбрать, синхронный или асинхронный, зависит от того, где и как вы планируете его применять.

Типичный отзыв клиента:

Читать дальше

Основные характеристики и разновидности

Подшипник задней ступицы на ВАЗ-2108 выпускается под каталожным номером 256706. Он имеет следующие технические характеристики:

• масса, г – 400;
• количество шариков, шт. – 28;
• диаметр шарика, мм – 9,525;
• статическая грузоподъемность, КН – 25,9;
• динамическая грузоподъемность, КН – 30,1;
• номинальная частота вращения, об./мин – 6500.

Номер подшипника задней ступицы ВАЗ-2108 может быть и другим. Если в магазине вам предложат изделие с маркировкой 537906 – не удивляйтесь. Это подшипник повышенной грузоподъемности. Некоторые его характеристики отличаются от характеристик штатной запчасти:

• масса, г – 511;
• статическая грузоподъемность, КН – 90,1;
• динамическая грузоподъемность, КН – 64,8;
• номинальная частота вращения, об./мин – 5000.

Как видите, усиленный подшипник задней ступицы на ВАЗ-2108 обладает повышенной устойчивостью к нагрузкам. Но при этом частота его вращения не должна превышать 5 тыс. об./мин. Такие изделия при правильной эксплуатации могут свободно «ходить» до двухсот тысяч километров.

ВЫВОДЫ: КАКОЙ АЛЬТЕРНАТОР ЛУЧШЕ

Какой лучше альтернатор щеточный или бесщеточный, выбирать, конечно, вам, но отзывы потребителей тоже говорят о многом. Изучив отзывы и полезные советы покупателей, которые уже использовали альтернатор асинхронный или синхронный, становится понятно, что главный критерий выбора – ответ на вопрос, для каких целей нужен генератор.

Генератор с синхронным альтернатором в бытовых условиях

• Если вопрос в том, какой генератор лучше для дома, и вы планируете «запитывать» бытовую и компьютерную технику, то ответ без сомнений – нужно купить щеточный генератор, или как его еще называют – синхронный, а еще надежнее – генератор с функцией AVR. Только данный вид электростанции даст возможность спать спокойно при подключении чувствительных бытовых электроприборов и электротехники.
• Для медицинских клиник, лабораторий, компьютерных офисов – тоже лучше приобрести синхронный генератор.
• Если вас волнует вопрос, какой альтернатор выбрать для строительных работ, на открытом воздухе, в цехах, на улице, где повсюду пыль, грязь и преобладает повышенная влажность, то бесщеточный или, как его еще называют – асинхронный, генератор подойдет на все 100%.
• Сварочные работы также требуют асинхронного бесщеточного генератора, не реагирующего на короткие замыкания.

Генератор с асинхронным альтернатором в условиях строительных работ

То есть синхронные генераторы, все-таки надежнее и популярнее, несмотря на высокую цену, ведь покупать новую технику взамен испорченной – это очень дорого и неэкономно. В пользу синхронных альтернаторов говорит и статистика: синхронных (бесщеточных) генераторов продается намного больше, соотношение в пользу синхронных составляет 98%, поскольку они более практичны в быту.Наука постоянно движется вперед, технологии усовершенствуются и развиваются, в связи с этим мировые бренды начинают производить синхронные электростанции с высоким классом защиты и асинхронные электростанции с более стабильным напряжением на выходе.