Silnik synchroniczny jest rodzajem silnika prądu przemiennego. Silnik prądu przemiennego odnosi się do silnika, który pobiera zasilanie prądu przemiennego jako sygnał wejściowy i przekształca je w ruch obrotowy (konwersja energii elektrycznej na energię mechaniczną). Podstawowa różnica między silnikiem prądu przemiennego i prądu stałego polega na tym, że prędkość silnika prądu stałego jest kontrolowana przez jego napięcie, podczas gdy prędkość silnika prądu przemiennego jest funkcją częstotliwości zasilania.
Istnieją dwa typy silników prądu przemiennego.
- Silniki synchroniczne
- Silniki indukcyjne (silnik asynchroniczny)
Silniki synchroniczne
Silnik synchroniczny odnosi się do silnika prądu przemiennego, który pracuje z prędkością synchroniczną. Silnik synchroniczny składa się głównie z dwóch części, jedna to wirnik, a druga to stojan. Stojan jest częścią nieruchomą, a wirnik jest częścią ruchomą silnika synchronicznego. Silnik synchroniczny wykorzystuje stojan, podobnie jak silnik indukcyjny, do generowania wirującego pola magnetycznego (RMF).
Wirnik silnika synchronicznego składa się z cewek z magnesami trwałymi, wzbudzanych napięciem stałym. Kiedy do stojana doprowadzane jest zasilanie prądem zmiennym, wytwarzane jest wirujące pole magnetyczne (RMF). Wirnik ma bieguny o różnej polaryzacji. Kiedy to pole magnetyczne wirnika oddziałuje z RMF stojana, z powodu różnej polaryzacji, RMF stojana i pole magnetyczne wirnika blokują się, ponieważ RMF porusza się z prędkością synchroniczną, a wirnik zaczyna się obracać z prędkością synchroniczną. Nazywa się je więc silnikami synchronicznymi lub silnikami o stałej prędkości.
Zasada działania silnika synchronicznego
Silnik synchroniczny opiera się na zasadzie blokady magnetycznej. Rozruch silnika synchronicznego przebiega tak samo jak rozruch silnika indukcyjnego początkowo wzbudzonego trójfazowym zasilaniem prądu przemiennego podawanym do stojana. Jeśli maszyna osiągnęła maksymalną prędkość, która wynosi 90% jej prędkości, do wirnika podawane jest źródło prądu stałego.
Do uzwojenia twornika podłączone jest źródło trójfazowe, które wytwarza wirujące pole magnetyczne, które wiruje z prędkością synchroniczną 120f/P. Raz wzbudzimy stałe bieguny uzwojenia pola utworzonego przez źródło prądu stałego, które próbuje przyciągnąć odmienny biegun wirujących biegunów magnetycznych. Jeśli bieguny magnetyczne zostaną przyciągnięte i splecione, wirnik będzie nadal obracał się z prędkością synchroniczną.
Gdzie,
f = częstotliwość
oraz p = liczba biegunów
Budowa silnika synchronicznego
Silnik synchroniczny składa się z dwóch części podstawowych; Stojan i wirnik
Stojan:
Stojan jest stacjonarną (nieruchomą) częścią maszyny synchronicznej. Stojan składa się z żeliwnego rdzenia, zwanego jarzmem, zapewniającego wytrzymałość maszyny. W silniku synchronicznym uzwojenie twornika jest umieszczone nad stojanem, co jest znane jako uzwojenie stojana. Rdzeń stojana składa się ze stalowych arkuszy laminowanych, co pomaga zmniejszyć straty prądu wirowego. Kanały wentylacyjne umieszczone są w ramie maszyny odpornej na działanie wysokiej temperatury. Uzwojenie rozrusznika jest uzwojeniem trójfazowym, które jest wzbudzane przez trójfazowe zasilanie prądem przemiennym.
Wirnik:
Wirnik jest częścią obrotową (ruchomą) maszyny synchronicznej. Wirnik zawiera uzwojenie wzbudzenia, które jest zasilane prądem stałym poprzez pierścienie ślizgowe. Wirnik dzieli się na dwa typy, znane jako biegun wystający i biegun nie wystający. Większość silników synchronicznych wykorzystuje konstrukcję z wystającym biegunem.
Wystający biegun Wirnik:
Wystający wirnik biegunowy ma dużą średnicę i krótką długość osiową. Szczelina powietrzna w wirniku z wystającymi biegunami jest nierównomierna, a bieguny wystają na zewnątrz w stronę powierzchni wirnika. Bieguny są laminowane stalą krzemową i podtrzymują uzwojenie wzbudzenia, a powierzchnie biegunów są zwykle wyposażone w szczeliny (zapewniają podparcie) dla uzwojenia klatkowego. Listwy tłumiące są zwarte na obu końcach za pomocą miedzianych pierścieni. Praca uzwojenia tłumika zapewnia przede wszystkim moment rozruchowy i ogranicza zjawisko polowania (niepożądany hałas i wibracje maszyny) w silniku synchronicznym.
Niewystający biegun Wirnik:
Konstrukcja wirnika z biegunami niewysuniętymi jest cylindryczna i zawiera równoległe szczeliny do umieszczenia uzwojeń wirnika. Szczeliny są połączone szeregowo z pierścieniami ślizgowymi, które są wzbudzane przez źródło prądu stałego. Niewystający słup wykonany jest z litego materiału stalowego. Ma bardzo małą średnicę i bardzo długą długość współosiową z jednolitą szczeliną powietrzną.
Różnica między silnikiem synchronicznym a silnikiem indukcyjnym (silnikiem asynchronicznym)
| Tak nie | Właściwość różnicująca | Silnik synchroniczny | Silnik indukcyjny |
|---|---|---|---|
| 1. | Definicja | Silnik synchroniczny odnosi się do silnika prądu przemiennego, który pracuje z prędkością synchroniczną. | Nazywa się go również silnikiem asynchronicznym. Odnosi się do silnika prądu przemiennego, w którym wirnik obraca się mniej niż prędkość synchroniczna. |
| 2. | Pobudzenie | Jest to maszyna podwójnie wzbudzona. | Jest to pojedyncza podekscytowana maszyna. |
| 3. | Startowy | Działa z prędkością synchroniczną, a prędkość nie zależy od obciążenia. | Ma różne prędkości. Prędkość silnika indukcyjnego jest odwrotnie proporcjonalna do prędkości; jeśli obciążenie wzrasta, prędkość silnika indukcyjnego maleje. |
| 4. | Operacja | Może pracować z wiodącym i opóźnionym współczynnikiem mocy, po prostu zmieniając jego wzbudzenie. | Działa tylko przy opóźnionym współczynniku mocy. |
| 5. | Zasilacz | Jego skrzydełko twornika jest wzbudzane ze źródła prądu przemiennego, a uzwojenie wzbudzenia jest wzbudzane ze źródła prądu stałego. | Uzwojenie stojana jest wzbudzane przez źródło prądu przemiennego. |
| 6. | Startowy | Nie uruchamia się samoczynnie. | Jest to silnik samostartujący. |
| 7. | Koszt | Jest droższy w porównaniu z silnikiem indukcyjnym o tym samym napięciu i mocy wyjściowej. | Jest opłacalny w porównaniu do silnika synchronicznego o tym samym napięciu i mocy. |
Zalety silnika synchronicznego
- Silnik synchroniczny pracuje ze stałą prędkością, co oznacza, że jego prędkość nie zależy od obciążenia. Na przykład jest stosowany w zegarkach.
- Częstotliwość robocza silnika synchronicznego jest wysoka.
- Przewzbudzony silnik synchroniczny może wytworzyć moc bierną; dlatego wytrzymuje duże obciążenia i stabilizuje system.
- Silnik synchroniczny stosowany jest przede wszystkim do napędzania dużych obciążeń, co wymaga dużej mocy przy małych prędkościach. Na przykład młyny.
Wady silnika synchronicznego
- Silnik synchroniczny potrzebuje oddzielnego źródła prądu stałego do wzbudzenia wirnika, podczas gdy drugi silnik nie potrzebuje żadnego osobnego wzbudzenia.
- To jest drogie.
- Do wzbudzenia wirnika potrzebne są szczotki i pierścienie ślizgowe, przez co powstają straty.
Zastosowanie silnika synchronicznego
W erze cyfrowej silnik synchroniczny ma szerokie zastosowanie w życiu codziennym. Najczęstszym zastosowaniem silnika synchronicznego są urządzenia wymagające stałej prędkości, ponieważ częstotliwość zasilania jest precyzyjnie kontrolowana w krótkim i długim okresie – na przykład zegary cyfrowe i analogowe, magnetofony, gramofony itp.