Синхронні та асинхронні двигуни, їх відмінності і різниця в застосуванні

Електродвигуни – машини, що перетворюють енергію електрики в механічну. Перетворена енергія приводить в обертальний рух ротор двигуна, що передає обертання через трансмісію безпосередньо на вал виконавчого механізму. Основними типами електродвигунів є синхронний і асинхронний двигуни. Відмінності між ними визначають можливості використання в різних пристроях і технологічних процесах.

Принципи роботи

Всі електродвигуни мають нерухомий статор і обертовий ротор. Різниця між асинхронним і синхронним двигунами полягає в принципах створення полюсів. В асинхронному електродвигуні вони створюються явищем індукції. У всіх інших електродвигунах використовуються постійні магніти або котушки з струмом, що створюють магнітне поле.

Особливості синхронних двигунів

Провідні агрегати синхронної машини – якір і індуктор. Якорем є статор, а індуктор розташовується на роторі. Під дією змінного струму в якорі утворюється обертове магнітне поле. Воно зчіплюється з магнітним полем індуктора, утвореним полюсами постійних магнітів або котушок з постійним струмом. В результаті цієї взаємодії енергія електрики перетворюється в кінетичну енергію обертання.

Ротор синхронної машини має частоту обертання таку ж, як у поля статора. Переваги синхронних електродвигунів:

• Конструктивно використовується і як двигун, і як генератор.
• Частота обертання, яка не залежить від навантаження.
• Великий коефіцієнт корисної дії.
• Мала трудомісткість в ремонті і обслуговуванні.
• Високий ступінь надійності.

Синхронні машини широко використовуються як електродвигуни великої потужності для невеликій швидкості обертання і постійного навантаження. Генератори застосовуються там, де потрібно автономне джерело живлення.

Є у синхронної машини і недоліки:

• Потрібно джерело постійного струму для живлення індуктора.
• Відсутня початковий пусковий момент, для запуску потрібно застосування зовнішнього моменту або асинхронного пуску.
• Щітки та колектори швидко виходять з ладу.

Сучасні синхронні агрегати містять в індукторі додатково до обмотці, яка живиться постійним струмом, ще й пускову короткозамкненим обмотку, яка призначена для пуску в асинхронному режимі.

Відмінні риси асинхронних двигунів

Обертове магнітне поле статора асинхронного двигуна наводить індукційні струми в роторі, які утворюють власне магнітне поле. Взаємодія полів призводить ротор в обертання. Частота обертання ротора при цьому відстає від частоти обертання магнітного поля. Саме ця властивість відбита в назві двигуна.

Асинхронні електродвигуни бувають двох типів: з короткозамкненим і з фазним ротором.

Побутові прилади, такі як вентилятор або пилосос, зазвичай забезпечені двигунами з короткозамкненим ротором, який являє собою «біляче колесо». Всі стрижні замикаються прикріпленими з обох сторін дисками. Взаємодія магнітного поля статора з наведеними струмами в роторі утворює електромагнітну силу, яка діє на ротор в напрямку обертання поля статора. Крутний момент на валу електродвигуна створюється всіма електромагнітними силами від кожного провідника.

В електродвигуні з фазним ротором застосовується той же статор, що і для мотора з короткозамкненим ротором. А в ротор додаються обмотки трьох фаз, з'єднані в «зірку». До них можна при пуску двигуна підключати реостати, що регулюють пускові струми. За допомогою реостатів можна регулювати і частоту обертання двигуна.

Перевагами асинхронних двигунів можна назвати:

• Харчування безпосередньо від мереж змінного струму.
• Простоту пристрою і порівняно невисоку вартість.
• Можливість використання в побутових приладах із застосуванням однофазного підключення.
• Низьке споживання енергії і економічність.

серйозні недоліки – складна регулювання частоти обертання і великі тепловтрати. Для запобігання перегріву корпус агрегату робиться ребристим, і на вал електродвигуна встановлюється крильчатка для охолодження.

Відмінність в характеристиках електродвигунів

Конструктивні особливості та робочі характеристики електродвигунів мають вирішальне значення при виборі агрегатів. Від цього залежить проектування трансмісій і всіх силових вузлів механізмів. При виборі двигуна потрібно спиратися на спільність і головні відмінності у властивостях машин:

• Головна відмінність синхронного від асинхронного двигуна полягає в конструкції ротора. Він являє собою постійний або електричний магніт. У асінхроннікі магнітні поля в роторі наводяться за допомогою електромагнітної індукції.
• У синхронних двигунів частота обертання валу постійна, у асінхроннікі вона може змінюватися при зміні навантаження.
• У сінхронніков відсутня пусковий момент. Для входу в синхронізацію потрібно застосовувати асинхронний пуск.

Синхронний і асинхронний електродвигуни знаходять кожен своє застосування. Синхронні двигуни рекомендується використовувати всюди при високих потужностях, де присутній безперервний виробничий процес і не потрібно часто перезапускати агрегати або регулювати частоту обертання. Вони використовуються в конвеєрах, прокатних станах, компресорах, каменедробарках і т. Д. Сучасний синхронний електродвигун має такий же швидкий запуск, як і асинхронний, але він менше і економічніше, ніж асинхронний, рівний по потужності.

Асинхронні електродвигуни з фазним ротором застосовуються там, де потрібен великий пусковий момент і часті зупинки агрегатів. Наприклад, в ліфтах і баштових кранах. Асинхронні електродвигуни з короткозамкненим ротором набули широкого застосування через простоту пристрою і зручності в експлуатації.

Використовуючи переваги різних агрегатів і те, чим відрізняється синхронний двигун від асинхронного, можна робити обґрунтований вибір того чи іншого мотора при проектуванні машин, верстатів та іншого обладнання.