Чем отличается асинхронный двигатель от синхронного

Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного?

Основная задача электродвигателя — преобразовывать электрическую энергию в механическую. Сегодня электродвигатели изготавливаются как постоянного, так и переменного тока. Среди двигателей переменного тока лидируют асинхронные и синхронные двигатели. Асинхронные двигатели малой и средней мощности относятся к группе наиболее часто используемых электродвигателей. Они широко используются как в промышленности, так и в бытовой технике.

В промышленности чаще всего используются асинхронные двигатели трехфазные. Они используются, например, в энергетике — в качестве приводов для собственных нужд электростанций, в строительстве, на транспорте, в коммунальном хозяйстве — в качестве приводов насосов водоснабжения и т. д.

Отличие асинхронного электродвигателя от синхронного

С виду внешне они похожи, порой даже специалист не отличит по внешним признакам синхронный электродвигатель от асинхронного. У обоих электродвигателей есть неподвижный статор, состоящий из обмоток (катушек), которые уложены в пазы сердечника, набранного из пластин, выполненных из электротехнической стали, и подвижный ротор. Кроме того, функция этих типов электродвигателей одна и та же — создание вращающегося магнитного поля статора.

Ротор синхронного двигателя имеет обмотку возбуждения с независимым питанием. Статоры синхронного и асинхронного двигателя устроены одинаково, функция в каждом случае одна и та же — создание вращающегося магнитного поля статора.

У этих двух типов двигателей разные области применения: синхронные электродвигатели отличаются гораздо большей мощностью и полезной нагрузкой, но они дороже и сложней. И поэтому асинхронные двигатели востребованы там, где достаточно их характеристик, ведь они дешевле и проще в изготовлении.

Недостатки и преимущества двигателей

Синхронные двигатели

Синхронные двигатели имеют довольно сложную конструкцию, обусловленную наличием щеточного узла. Кроме того, для их работы требуется дополнительный источник постоянного тока. Еще одним недостатком является невозможность их эксплуатации в условиях частых пусков и остановов. Однако все это компенсируется большой мощностью, высоким КПД, устойчивостью к перепадам напряжения в питающей сети и стабильной частотой вращения вала, вне зависимости от величины нагрузки на него.

Синхронные электрические машины рентабельны при мощностях свыше 100 кВт и основное применение находят для вращения мощных вентиляторов, на различных металлургических производствах, для привода насосов, которые обладают не только значительной мощностью, но и долгим режимом функционирования т.д.

Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель в отличие от синхронных машин более чувствителен к колебаниям напряжения и не может сохранять номинальную скорость вращения, при увеличении нагрузки. В большинстве случаев недостатки компенсируются путем применения преобразователей частоты и других устройств пуска. Но простота конструкции, длительный срок эксплуатации, универсальность применения, способность работать в режиме частых включений и остановок делают эти машины наиболее распространенными в промышленном и бытовом секторе.

Разница асинхронных двигателей и синхронных двигателей в электромобилях

Электродвигатели (тяговые электромоторы, двигатели на электротяге) – силовые установки, которыми оснащаются электрокары и гибридные машины. В первом случае электродвигатель считается единственным силовым агрегатом. Гибридные автомобили оснащаются сразу двумя видами двигателей: электрическим и ДВС.

Для достижения максимальной эффективности работы производственных механизмов, каждый производитель старается создавать электромоторы с наилучшими техническими характеристиками. При этом одни отдают предпочтение асинхронным двигателям, а другие – синхронным. Какие различия и сходства имеют данные силовые агрегаты и какой вариант более предпочтительный для электромобилей?

Конструкционные особенности силовых агрегатов

Электродвигатели – специальные аппараты, преобразующие электрическую энергию в механическую. В основе синхронных и асинхронных двигателей лежит неподвижная (статор) и вращающаяся часть (ротор). Статор представлен осевыми прорезями (пазами), куда уложена токонесущая медная или алюминиевая проводка. Главная функция статора – создавать вращающееся магнитное поле. Ротор, имеющий обмотку возбуждения, закрепляется на валу мотора и вращается при воздействии электродвижущей силы, которая возникает благодаря магнитному полю.

Ключевые отличия синхронных и асинхронных двигателей

Главным отличием описываемых видов силовых агрегатов является устройство ротора. У синхронных электродвигателей подвижная часть представлена постоянными или электрическими магнитами. Они служат для создания постоянного магнитного поля, взаимодействующего с вращающимся магнитным полем статорной части. Если же рассматривать асинхронные электродвигатели (часто называют индукционными), то у них в пазах ротора вставлено множество короткозамкнутых металлических пластин. Также существуют фазные роторы, которые имеют в конструкции контактные кольца, замыкающиеся накоротко при разбеге.

Учитывая конструктивные особенности обоих агрегатов, выделяют два разных соотношения частоты оборотов электродвигателя, который находится под нагрузкой, и частоты вращения, присущей магнитному полю неподвижной (статорной) части:

• одинаковое – в случае с синхронными силовыми агрегатами;
• различное – у двигателей асинхронного типа (в данном случае частота оборотов ротора электродвигателя постоянно меньше, чем скорость вращения статорного магнитного поля, на величину скольжения).

Сравнение, плюсы и минусы электродвигателей

Учитывая отличия асинхронных двигателей от синхронных, можно подчеркнуть главные достоинства и недостатки каждого варианта. Так, электродвигатели синхронного типа являются более сложными в эксплуатации по следующим причинам:

• для функционирования требуют дополнительного источника постоянного тока (асинхронные модели не имеют такой необходимости);
• внутренние детали силового агрегата подвергаются более интенсивному износу (из-за наличия контактных колец и щёток);
• нуждаются в применения дополнительных механизмов для быстрого пуска (по сравнению с ними индукционные двигатели обладают собственным пусковым моментом).

Если рассматривать асинхронные модели, то они обладают более простой конструкцией и надёжностью эксплуатации. Тем не менее синхронные силовые агрегаты имеют более широкие возможности в плане мощности, являются менее чувствительными к скачкам напряжения. Стоимость синхронных электродвигателей несколько выше, чем у асинхронных, из-за чего оснащение ими электрокаров или гибридных автомобилей считается менее выгодным.

Чем асинхронные двигатели отличаются от синхронных

В данной статье рассмотрим принципиальные отличия синхронных электродвигателей от асинхронных, чтобы каждый читающий эти строки мог бы эти различия четко понимать.

Асинхронные электродвигатели более широко распространены сегодня, однако в некоторых ситуациях синхронные двигатели оказываются более подходящими, более эффективными для решения конкретных промышленных и производственных задач, об этом будет рассказано далее.

Прежде всего давайте вспомним, что же вообще такое электродвигатель. Электродвигателем называется электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращения ротора, и служащая в качестве привода для какого-нибудь механизма, например для приведения в действие подъемного крана или насоса.

Еще в школе всем рассказывали и показывали, как два магнита отталкиваются одноименными полюсами, а разноименными — притягиваются. Это постоянные магниты. Но существуют и переменные магниты. Каждый помнит рисунок с проводящей рамкой, расположенной между полюсами подковообразного постоянного магнита.

Горизонтально расположенная рамка, если по ней пустить постоянный ток, станет поворачиваться в магнитном поле постоянного магнита под действием пары сил (Сила Ампера), пока не будет достигнуто равновесие в вертикальном положении.

Если затем по рамке пустить постоянный ток противоположного направления, то рамка повернется дальше. В результате такого попеременного питания рамки постоянным током то одного, то другого направления, достигается непрерывное вращение рамки. Рамка здесь представляет собой аналог переменного магнита.

Приведенный пример с вращающейся рамкой в простейшей форме демонстрирует принцип работы синхронного электродвигателя. У любого синхронного электродвигателя на роторе есть обмотки возбуждения, на которые подается постоянный ток, формирующий магнитное поле ротора. Статор же синхронного электродвигателя содержит обмотку статора, для формирования магнитного поля статора.

При подаче на обмотку статора переменного тока, ротор придет во вращение с частотой, соответствующей частоте тока в обмотке статора. Частота вращения ротора будет синхронна частоте тока обмотки статора, поэтому такой электродвигатель называется синхронным. Магнитное поле ротора создается током, а не индуцируется полем статора, поэтому синхронный двигатель способен держать синхронные номинальные обороты независимо от мощности нагрузки, разумеется, в разумных пределах.

Асинхронный электродвигатель в свою очередь отличается от синхронного. Если вспомнить рисунок в рамкой, и рамку просто накоротко замкнуть, то при вращении магнита вокруг рамки, индуцируемый в рамке ток создаст магнитное поле рамки, и рамка будет стремиться догнать магнит.

Частота вращения рамки под механической нагрузкой будет всегда меньше частоты вращения магнита, и частота не будет поэтому синхронной. Этот простой пример демонстрирует принцип действия асинхронного электродвигателя.

В асинхронном электродвигателе вращающееся магнитное поле формируется переменным током обмотки статора, расположенной в его пазах. Ротор типичного асинхронного двигателя обмоток как таковых не имеет, вместо этого на нем расположены накоротко соединенные стержни (ротор типа «беличья клетка»), такой ротор называется короткозамкнутым ротором. Бывают еще асинхронные двигатели с фазным ротором, там ротор содержит обмотки, сопротивление и ток в которых можно регулировать реостатом.

Итак, в чем же принципиальное отличие асинхронного электродвигателя от синхронного? С виду внешне они похожи, порой даже специалист не отличит по внешним признакам синхронный электродвигатель от асинхронного. Главное же отличие заключается в устройстве роторов. Ротор асинхронного электродвигателя не питается током, а полюса на нем индуцирутся магнитным полем статора.

Ротор синхронного двигателя имеет обмотку возбуждения с независимым питанием. Статоры синхронного и асинхронного двигателя устроены одинаково, функция в каждом случае одна и та же — создание вращающегося магнитного поля статора.

Обороты асинхронного двигателя под нагрузкой всегда на величину скольжения отстают от вращения магнитного поля статора, в то время как обороты синхронного двигателя равны по частоте «оборотам» магнитного поля статора, поэтому если обороты должны быть постоянными при различных нагрузках, предпочтительней выбирать синхронный двигатель, например в приводе гильотинных ножниц лучше всего справится со своей задачей мощный синхронный двигатель.

Область применения асинхронных двигателей сегодня очень широка. Это всевозможные станки, транспортеры, вентиляторы, насосы, — все то оборудование, где нагрузка сравнительно стабильна, или снижение оборотов под нагрузкой не критично для рабочего процесса.

Некоторые компрессоры и насосы требуют постоянной частоты вращения при любой нагрузке, на такое оборудование ставят синхронные электродвигатели.

Синхронные двигатели дороже в производстве, чем асинхронные, поэтому если есть возможность выбора и небольшое снижение оборотов под нагрузкой не критично, приобретают асинхронный двигатель.

Синхронные электродвигатели широко применяются в электроприводах, не требующих регулирования частоты вращения. По сравнению с асинхронными двигателями они имеют ряд преимуществ:

• более высокий коэффициент полезного действия;
• возможность изготовления двигателей с низкой частотой вращения, что позволяет отказаться от промежуточных передач между двигателем и рабочей машиной;
• частота вращения двигателя не зависит от нагрузки па его валу;
• возможность использования в качестве компенсирующих устройств реактивной мощности.

Синхронные электродвигатели могут являться потребителями и генераторами реактивной мощности. Характер и значение реактивной мощности синхронного двигателя зависят от величины тока в обмотке возбуждения. Зависимость тока в обмотке, выдающей напряжение в электрическую сеть, от тока возбуждения носит название U-образной характеристики синхронного двигателя. При 100%-ной нагрузке на валу двигателя его косинус фи равен 1. При этом электродвигатель не потребляет реактивной мощности из электрической сети. Ток в обмотке статора при этом имеет минимальное значение.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Відмінності асинхронних двигунів від синхронних

Застосування електродвигунів в різних галузях промисловості і побуту широко поширена у зв’язку з економічністю і простотою підключення та обслуговування. Для різних механізмів, що застосовуються двигуни різної потужності і пристрої. У цій статті розглянемо, чим відрізняється синхронний двигун від асинхронного, в яких механізмах вони застосовуються і як правильно вибрати тип електричного мотора.

Асинхронні двигуни

Як і будь-які електричні двигуни асинхронні двигуни являють собою пристрої, які створюють крутний момент за допомогою перетворення електричного струму. Якщо говорити простими словами, асинхронний двигун – це електромотор з неравнозначной частотою обертання ротора і магнітного поля. Магнітне поле ротора в таких пристроях завжди обертається з меншою частотою, ніж поле статора.

Будова асинхронного двигуна в цілому аналогічно з синхронним. Він складається з:

• Циліндричного статора з металевих пластин з пазами для обмотки;
• Фазного або короткозамкненого ротора;
• Рухомих і нерухомих деталей корпусу, таких як вал, підшипники, вентилятор охолодження, електричного обладнання.

Використовується тип двигуна асинхронний у різних приводах як у промисловості, так і в побуті. Наприклад, для забезпечення роботи конвеєрів, підйомних механізмів, кранів і екскаваторів, деревообробних верстатів та інших механізмів, як великогабаритних, так і невеликих побутових.

Обслуговування та ремонт такого типу електромоторів не вимагає великих витрат, проте, для трансформації обертального моменту і зниження частоти обертання необхідно використовувати редуктора різної складності, часто з великим передавальним числом.

Синхронні двигуни

Основна відмінність синхронного двигуна від асинхронного в тому, що частота обертання магнітних полів при його роботі збігається, тобто є синхронною. Для синхронізації частот обертання використовується додаткове джерело постійного живлення, що робить конструкцію синхронного електродвигуна складніше і частково обмежує сферу застосування такого виду машин. Крім того, робота такого типу двигуна можлива тільки з використанням частотного перетворювача.

У сфері застосування, електродвигуни синхронні – це промислові двигуни великої потужності, які використовуються в різних промислових пристроях, устаткуванні, де необхідна підвищена потужність і виникають перевантаження.

Важливою особливістю такого типу електромоторів є те, що при роботі із перевантаженням пристрій віддає частину реактивної потужності в мережу, що сприяє підвищенню потужності, компенсує падіння потужності.

Синхронні двигуни бувають також таких типів:

• Гістерезисні двигуни використовуються в точних механізмах для створення обертання. Наприклад, у звукозапису, медичному обладнанні, машинобудуванні
• Крокові електродвигуни застосовуються в точних приладах і механізмах, таких як, наприклад, верстати з числовим програмним забезпеченням.

Переваги і недоліки синхронних і асинхронних електродвигунів

Що б визначити, який двигун краще синхронний або асинхронний, необхідно розглянути сферу застосування цих пристроїв.

Асинхронні двигуни дешевше у виробництві і не вимагають додаткового живлення і пристрої для запуску, на відміну від синхронних, тому їх використання більш поширене. Крім того, підключення і обслуговування таких двигунів також коштує дешевше, як і їх виробництво.

Синхронні двигуни, крім підвищеної потужності, володіють ще однією важливою перевагою – можливістю генерації низької частоти обертання без використання додаткових передач в редукторах. При цьому, потужність на вихідному валу залишається незмінною. Синхронний двигун має підвищений коефіцієнт корисної дії, більш повно трансформуючи електричну енергію в крутний момент.

Однак, синхронні двигуни мають і недоліки. Крім того, що потрібне додаткове харчування і обладнання запуску, в такому типі електродвигунів відбувається швидкий знос рухомих струмознімальних деталей, таких як щітки і контактні кільця. Для заміни зношеного обладнання потрібні кошти, що ще більше збільшує вартість використання синхронних двигунів.

Крім того, налагодження та обслуговування синхронних двигунів має ряд особливостей і потребує більш глибоких знань технічних особливостей.

Який тип двигуна вибрати

При выборе типа электрического двигателя следует учитывать такие факторы:

• Сферу применения и оборудование, которое приводится в движение электродвигателем;
• Стоимость оборудования и его обслуживания;
• Тип преобразующего редуктора, применяемого для понижения скорости вращения;
• Тип питания и электрической сети.

Учитывая эти факторы и принимая во внимание расчет механизма, можно подобрать тип двигателя, который будет обеспечивать бесперебойную работу устройства, максимально экономить электроэнергию и обеспечивать необходимую мощность.

При використанні будь-якого виду електричних двигунів варто пам’ятати, що термін їх служби залежить від дотримання технічного регламенту при підключенні, налагодження та подальшого обслуговування такого обладнання. При порушенні технічних вимог електродвигун вийде з ладу, незважаючи на його переваги і надійність.

Інші статті

24 жовт. 2023