Разница между синхронным и асинхронным двигателем. Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного

В школьном учебнике по физике есть рисунок, изображающий электромагнит в виде подковы и рамку с полукольцами на концах, которая расположена между его полюсами.

Содержание

Разница между асинхронным и синхронным двигателем

Наиболее распространенными электродвигателями являются машины трехфазного переменного тока. Они бывают двух типов: асинхронные и синхронные. В этой статье объясняются сходства и различия между обоими типами машин и область их применения.

Асинхронные и синхронные двигатели похожи по конструкции, но есть и отличия.

Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

Это самые распространенные машины переменного тока. Такие электродвигатели состоят из трех основных частей:

Корпус с крышками и ножками или фланцем.
Коробка содержит магнитопровод из железных пластин с обмотками. Эта магнитная цепь называется статором.
Вал с подшипниками и магнитным проводом. Эта конструкция называется ротором. В электродвигателях с короткозамкнутым ротором алюминиевые стержни соединены между собой в магнитопроводе, такая конструкция называется «беличья клетка». В машинах с фазным ротором вместо стержней наматываются обмотки.

В пазах статора намотаны три обмотки с поворотом на 120°. При подключении к трехфазной сети в статоре индуцируется вращающееся магнитное поле. Скорость вращения называется «синхронной скоростью».

Ссылка! В однофазных электродвигателях дополнительная обмотка или конструктивные особенности статора создают вращающееся поле.

Это поле наводит в роторе ЭДС, возникающий ток создает собственное поле, которое взаимодействует с полем статора и приводит его в движение. Скорость ротора меньше синхронной скорости. Эта разница называется скольжением.

Скольжение рассчитывается по формуле S=(n1-n2)/n1*100%, где: · n1 – синхронная скорость; · n2 – частота вращения ротора.

для скольжения в обычных электродвигателях 1-8%. При увеличении нагрузки на вал двигателя скольжение и момент увеличиваются до критического значения, при котором двигатель останавливается.

В электродвигателях с фазным ротором вместо короткозамкнутого ротора в пазах ротора намотаны три обмотки. Через контактные кольца и щетки они подключены к дополнительным резисторам. Эти резисторы ограничивают ток и магнитное поле в роторе. Это увеличивает скольжение и снижает скорость двигателя.

Такие устройства используются в устройствах с регулируемой скоростью и тяжелых пусковых установках, таких как мостовые краны.

Принцип действия синхронных электродвигателей

Статор синхронной машины ничем не отличается от асинхронной. Отличие в роторе. В отличие от асинхронного двигателя вращение происходит за счет взаимодействия вращающегося магнитного поля статора и постоянного поля ротора. Для его создания в роторе есть электромагниты. Напряжение на катушки подается через токосъемные кольца и графитовые щетки.

Ссылка! В роторе маломощных синхронных машин вместо электромагнитов устанавливают постоянные или просто магнитопровод имеет ярко выраженные полюса. Проскальзывания, как в асинхронных машинах, нет, а скорость вращения определяется исключительно частотой питающего напряжения.

Запуск электродвигателей

Асинхронные электрические машины мощностью до 30-50 кВт запускаются от прямого электроснабжения. С мощными двигателями и синхронными машинами дело обстоит сложнее.

Пуск асинхронных двигателей большой мощности

Для запуска таких машин используются разные методы:

Включение дополнительных резисторов в цепь статора. Они ограничивают пусковой ток и после разгона замыкаются накоротко стартером.
В устройствах, предназначенных для работы в сети с фазным напряжением 660 вольт, обмотки в сети 380 вольт соединяются треугольником. При запуске они меняются на звезду.
В электрических машинах с фазным ротором в цепь ротора для пуска включаются дополнительные резисторы. После разгона они отрубаются.
Если есть регулирование скорости, изменение обмоток или изменение частоты, двигатель включается на минимальную скорость. После начала вращения скорость увеличивается.

Пуск синхронных электромашин

В отличие от асинхронных машин, которые запускаются взаимодействием поля статора и обмоток ротора или беличьей клетки, синхронная машина должна быть предварительно разогнана до скорости, близкой к синхронной.

С дополнительным асинхронным двигателем. Так запускаются машины с постоянными магнитами в роторе. При достижении скорости, близкой к синхронной, асинхронная цепь отключается и на статор синхронного двигателя подается напряжение.
Асинхронный запуск. В роторе, помимо электромагнита, имеется «беличья клетка». С его помощью устройство разгоняется, после чего на обмотку подается постоянное напряжение, и двигатель начинает работать как синхронный.
Обмотки ротора закорачивают напрямую или с помощью добавочного резистора. После разгона на них подается постоянное напряжение.
С помощью ТПЧ (тиристорный преобразователь частоты) плавно повышают частоту питающего напряжения и скорость вращения до номинальной. Этот метод используется в механизмах с регулированием скорости.

Асинхронный (асинхронный) электродвигатель, имеющий разную частоту вращения магнитного поля при скорости вращения статора и ротора. В зависимости от типа и конфигурации он может работать в режиме двигателя или генератора, в режиме ХХ или с электромагнитным тормозом.

Что представляет собой асинхронный электродвигатель?

Принято называть асинхронными электродвигателями, у которых частота вращения одного из основных элементов — ротора — не совпадает с частотой вращения магнитного поля, создаваемого током, вырабатываемым в обмотке статора. Асинхронные агрегаты иногда называют индукционными. Это связано с тем, что в обмотке ротора индуцируется ток при воздействии на нее магнитного поля статора.

В конструкции асинхронного электродвигателя имеется статор и ротор, которые разделены воздушным зазором. Основные действующие элементы агрегата:

Дополнительные конструктивные элементы играют важную роль в работе асинхронного двигателя, обеспечивая прочность, охлаждение и устойчивость агрегата.

Сравнение

Основное различие между синхронным двигателем и асинхронным двигателем заключается в соотношении скорости вращения ротора и магнитного поля. В совокупности первого типа оба показателя равны. На асинхронной машине разные.

Можно отметить, что электродвигатели второго типа в целом более распространены, чем электродвигатели первого типа. При этом асинхронные приводы чаще всего представлены в разновидности, в которой установлен короткозамкнутый ротор. Эти устройства имеют ряд важных преимуществ перед электродвигателями других категорий. А именно:

простота конструкции, надежность;
относительно низкая стоимость производства, эксплуатации;
возможность функционирования при использовании доступных сетевых ресурсов без подключения преобразователей.

В то же время асинхронные машины с короткозамкнутым ротором также имеют ряд недостатков. А именно:

наличие небольшого пускового момента;
наличие большого пускового тока;
пониженный коэффициент мощности;
низкая управляемость в плане регулирования скорости;
зависимость максимальной скорости от частоты электрической сети;
электромагнитный момент в асинхронных двигателях рассматриваемого типа характеризуется сильной чувствительностью к падению напряжения в сети.

В свою очередь, синхронные агрегаты также имеют неоспоримые преимущества. К ним относятся:

относительно низкая чувствительность к перепадам напряжения в сети;
стабильность вращения независимо от нагрузки на ротор.

У синхронных двигателей есть и недостатки:

Отмеченные особенности работы синхронных и асинхронных агрегатов делают оптимальным использование первых, если мощность двигателя, необходимая в системе (например, в составе заводской линейной инфраструктуры), должна составлять примерно 100 кВт и более. В остальных случаях использование асинхронных машин, как правило, становится более предпочтительным.

Рассмотрев, чем отличается синхронный двигатель от асинхронного, выводы отразим в таблице.

Основное различие между синхронным двигателем и асинхронным двигателем заключается в соотношении скорости вращения ротора и магнитного поля. В совокупности первого типа оба показателя равны. На асинхронной машине разные.

Синхронный двигатель

Ротор таких двигателей снабжен постоянными магнитами или обмотками возбуждения. Обмотки могут быть как явнополюсными, так и распределенными (размещенными в пазах ротора). Кроме того, ротор синхронной машины также может иметь короткозамкнутые обмотки.

После разгона ротора до скорости, близкой к частоте вращения магнитного поля статора, на полюсные катушки через щеточный контактный узел подается постоянное напряжение, возбуждающее в них постоянное магнитное поле. Противоположные полюса магнитных полей притягиваются друг к другу, и скорость ротора синхронизируется.

Разгон ротора может осуществляться с помощью вспомогательного двигателя или в асинхронном режиме, благодаря короткозамкнутой обмотке.

Недостатки и преимущества двигателей

Синхронные двигатели имеют довольно сложную конструкцию из-за наличия набора щеток. Кроме того, для их работы требуется дополнительный источник постоянного тока. Еще одним недостатком является невозможность его эксплуатации в условиях частых пусков и остановок. Однако все это компенсируется большой мощностью, высоким КПД, устойчивостью к перепадам напряжения в питающей сети и стабильной скоростью вращения шпинделя вне зависимости от нагрузки на него.

Асинхронный двигатель, в отличие от синхронных машин, более чувствителен к колебаниям напряжения и не может поддерживать номинальную скорость вращения при увеличении нагрузки. Но простота конструкции, длительный срок службы, универсальность использования, возможность работы в режиме частого старт-стоп делают эти машины наиболее распространенными в промышленном и бытовом секторах.

Для оформления заказа позвоните менеджерам компании Кабель.РФ® по телефону +7 (495) 646-08-58 или отправьте запрос на электронную почту zakaz@cable.ru с указанием необходимой модели электродвигателя, целей и Состояние функционирования. Менеджер поможет подобрать подходящую марку в соответствии с вашими пожеланиями и потребностями.

Асинхронные модели – это достаточно недорогие двигатели, которые используются часто и повсеместно. Они конструктивно проще, несмотря на то, что неподвижные части, в принципе, одинаковы у всех двигателей.

Отличие асинхронного электродвигателя от синхронного

По внешнему виду они похожи, иногда даже специалист не может отличить синхронный электродвигатель от асинхронного по внешним признакам. Оба электродвигателя имеют неподвижный статор, состоящий из обмоток (катушек), размещенных в пазах сердечника из пластин электротехнической стали, и подвижный ротор. Кроме того, функция у этого типа электродвигателей одна и та же — создание вращающегося магнитного поля статора.

Ротор синхронного двигателя имеет отдельно питаемую обмотку возбуждения. Статоры синхронного и асинхронного двигателя устроены одинаково, функция в каждом случае одна — создание вращающегося магнитного поля статора.

Обороты асинхронного двигателя под нагрузкой всегда отстают от вращения магнитного поля статора на величину скольжения, а обороты синхронного двигателя имеют ту же частоту, что и «обороты» магнитного поля статора. И поэтому у асинхронного двигателя есть такой параметр, как СКОЛЬЗЕНИЕ, разница между скоростями вращения ротора и вращающимся магнитным полем в статоре. В синхронном электродвигателе скорость вращения ротора всегда равна частоте вращения электромагнитного поля.

Два типа двигателей имеют разные области применения: синхронные двигатели имеют гораздо большую мощность и полезную нагрузку, но они более дорогие и сложные. И поэтому асинхронные двигатели востребованы там, где их характеристик достаточно, потому что они дешевле и проще в производстве.

Недостатки и преимущества двигателей

Синхронные двигатели

Синхронные электрические машины экономичны при мощностях свыше 100 кВт, применяются в основном для вращения мощных вентиляторов, в различных металлургических производствах, для привода насосов, обладающих не только значительной мощностью, но и длительным режимом работы и т д

Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель, в отличие от синхронных машин, более чувствителен к колебаниям напряжения и не может поддерживать номинальную скорость вращения при увеличении нагрузки. В большинстве случаев недостатки компенсируются применением преобразователей частоты и других пускателей. Но простота конструкции, длительный срок службы, универсальность использования, возможность работы в режиме частого старт-стоп делают эти машины наиболее распространенными в промышленном и бытовом секторах.

В отличие от асинхронных машин, которые запускаются взаимодействием поля статора и обмоток ротора или беличьей клетки, синхронная машина должна быть предварительно разогнана до скорости, близкой к синхронной.

В чем разница асинхронного и синхронного двигателей

Электродвигатели можно разделить на две основные категории: синхронные и асинхронные (асинхронные) двигатели. Эти два вида сильно отличаются друг от друга. Разница видна уже в самих названиях. Агрегаты можно отличить по количеству оборотов, выбитому на шильдике (если там не указан тип двигателя), у асинхронного двигателя число не округляется (например, 950 об/мин), у синхронного двигателя число округляется (1000 об/мин).

Есть и другие важные отличия, в этой статье мы рассмотрим самые существенные: конструктивные, рабочие и цена.

Различия в работе и стоимости

Любой двигатель состоит из двух элементов: неподвижного и вращающегося. Статор имеет осевые пазы — пазы, на дно которых уложены токоведущие медные или алюминиевые провода. В электродвигателе на валу закреплен ротор с обмоткой возбуждения.

Принципиальное отличие синхронных двигателей от асинхронных заключается в роторах, а точнее в их конструкции.

Для синхронных моделей на малых мощностях это постоянные магниты.

На обмотку статора подается переменное напряжение, ротор подключается к источнику постоянного питания. Постоянный ток, проходящий через обмотку возбуждения, индуцирует магнитное поле в статоре. Крутящий момент создается за счет угла задержки между полями. Ротор имеет ту же скорость, что и магнитное поле статора.

Агрегаты используются на практике как в качестве генераторов, так и двигателей.

Асинхронные модели – это достаточно недорогие двигатели, которые используются часто и повсеместно. Они конструктивно проще, несмотря на то, что неподвижные части, в принципе, одинаковы у всех двигателей.

Через обмотку статора проходит переменный электрический ток, который взаимодействует с обмоткой ротора. Два поля вращаются с одинаковой скоростью в одном направлении, но они не могут быть равными, иначе не создавались бы ЭДС индукции и тем более вращающий момент. Это вызывает индуцированный ток в обмотке ротора, направление которого, согласно правилу Ленца, таково, что он стремится противодействовать причине его возникновения, т е скорости скольжения.

Скорость вращения ротора не совпадает со скоростью магнитного поля, она всегда меньше. Поэтому ротор пытается догнать скорость вращающегося магнитного поля и снизить относительную скорость.

Асинхронные приводы в пазах ротора имеют короткозамкнутые металлические пластины или контактные кольца, обеспечивающие разницу между магнитным полем ротора и статорного механизма на величину скольжения.

Асинхронный двигатель (АД)

Асинхронный (асинхронный) электродвигатель, имеющий разную частоту вращения магнитного поля при скорости вращения статора и ротора. В зависимости от типа и конфигурации он может работать в режиме двигателя или генератора, в режиме ХХ или с электромагнитным тормозом.

Конструктивные особенности

Конструктивно асинхронные механизмы трудно отличить от синхронных. Они также состоят из двух основных компонентов: статора и ротора. В этом случае узел ротора может быть синфазным или короткозамкнутым. Однако есть небольшие конструктивные отличия.

Рассмотрим, из чего состоит асинхронный двигатель:

центр;
коробчатый вентилятор;
средний;
коробка с клеммами;
тройная обмотка;
контактные кольца.

Учитывая вышеизложенное, одним из основных отличий является отсутствие обмоток якоря (кроме фазы АД). Вместо обмотки ротор содержит стержни, закороченные между собой.

Сравнение синхронного и асинхронного двигателей

В заключение можно резюмировать, в чем основные отличия асинхронных (АД) и синхронных (СД) двигателей.

Ротор асинхронных двигателей не требует подвода тока, а индукция в полюсах зависит от магнитного поля статора.
Скорость АД под нагрузкой отстает на 1-8% от скорости вращения поля статора. В SD количество оборотов такое же.
В «синхронизаторе» предусмотрена обмотка возбуждения.
Конструктивно ротор СД представляет собой магнит: постоянный, электрический. В АД магнитное поле в роторном механизме индуцируется индукцией.
Синхронная машина не имеет пускового момента, поэтому для достижения синхронизации необходим асинхронный пуск.
«Синхронизаторы» используются в тех случаях, когда необходимо обеспечить непрерывность производственного процесса и нет необходимости в частых перезапусках. АД нужны, когда требуется высокий пусковой момент и бывают частые остановки.
Светодиоду нужен дополнительный источник тока.
«Асинхронники» изнашиваются медленнее, так как в их конструкции отсутствуют контактные кольца со щетками.
Для артериального давления, как правило, не характерно круглое число оборотов, а для СД — округлое.

Напомним описание рисунка в предыдущем примере. Такая же рамка, расположенная между полюсами подковообразного магнита, только ее концы не имеют полуколец, они соединены между собой.

Про реактивную мощность

Синхронные двигатели одновременно генерируют и потребляют реактивную мощность. Характеристики и параметры «реактивки» зависят от тока в обмотке возбуждения. При полной нагрузке косинус Фи равен 1. В этом режиме СД не потребляет «реактивную» сеть и ток в обмотке статора минимален.

Здесь важно понимать, что реактивная мощность ухудшает параметры энергосистемы. Большой параметр токов холостого хода приводит к увеличению расхода топлива, увеличению потерь, снижению напряжения.

Кроме того, возникают «реактивные» нагрузки линий электропередачи, что приводит к необходимости увеличения сечения кабелей и проводов и, соответственно, увеличению капитальных затрат.

В настоящее время одной из основных задач инженеров-электриков является компенсация реактивной мощности. К его основным потребителям относятся АД, потребляющий 40% «реактива», электропечи, преобразователи, линии электропередач и силовые трансформаторы.

Какой лучше

При сравнении асинхронных и синхронных двигателей сложно сказать, что лучше. По конструкции и надежности выигрывает АД, который при умеренной нагрузке имеет больший срок службы. В ШД быстро изнашиваются щетки, требующие замены.

В остальном это два схожих по конструкции, но различающихся по принципу работы механизма, имеющих индивидуальные области применения.