Elektromotorer er en elektromekanisk anordning, der omdanner elektrisk energi til mekanisk energi. Baseret på typen af input har vi klassificeret den i enfasede og 3-fasede motorer.
Den mest almindelige type af 3-fasede motorer er synkronmotorer og induktionsmotorer. Når trefasede elektriske ledere placeres i bestemte geometriske positioner (dvs. i en bestemt vinkel fra hinanden) – dannes der et elektrisk felt. Det roterende magnetfelt roterer med en bestemt hastighed, der er kendt som synkronhastigheden.
Hvis der er en elektromagnet til stede i dette roterende magnetfelt, er elektromagneten magnetisk låst med dette roterende magnetfelt og roterer med samme hastighed som det roterende felt.
Der kommer betegnelsen synkronmotor fra, da hastigheden på motorens rotor er den samme som det roterende magnetfelt.
Det er en motor med fast hastighed, fordi den kun har én hastighed, som er synkronhastigheden. Denne hastighed er synkroniseret med forsyningsfrekvensen. Den synkrone hastighed er givet ved:
Hvor:
- N= Den synkrone hastighed (i RPM – dvs. Rotations Per Minute)
- f = Forsyningsfrekvensen (i Hz)
- p = Antallet af poler
Synkronmotorens opbygning
Sædvanligvis svarer dens opbygning næsten til opbygningen af en 3-faset induktionsmotor, bortset fra det faktum, at vi her forsyner rotoren med jævnstrøm, hvilket vi skal forklare senere. Lad os nu først gennemgå den grundlæggende opbygning af denne motortype. Ud fra ovenstående billede er det klart, hvordan vi konstruerer denne type maskine. Vi anvender trefaset forsyning til statoren og jævnstrømsforsyning til rotoren.
Hovedtræk ved synkronmotorer
- Synkronmotorer er i sagens natur ikke selvstartende. De kræver nogle eksterne midler til at bringe deres hastighed tæt på synkronhastigheden, før de er synkroniserede.
- Driftshastigheden er synkron med forsyningsfrekvensen, og derfor opfører de sig ved konstant forsyningsfrekvens som motorer med konstant hastighed uanset belastningstilstand.
- Denne motor har de unikke egenskaber, at den kan fungere under enhver elektrisk effektfaktor. Dette gør, at den anvendes til forbedring af den elektriske effektfaktor.
Driftsprincip Synkronmotor
Synkronmotorer er en dobbelt exciteret maskine, dvs. at den forsynes med to elektriske indgange. Dens statorvikling, der består af en Vi leverer trefaset forsyning til trefaset statorvikling og jævnstrøm til rotorviklingen.
Den trefasede statorvikling, der bærer trefasede strømme, producerer trefaset roterende magnetisk flux. Den rotor, der bærer jævnstrømsforsyningen, producerer også en konstant flux. Med en strømfrekvens på 50 Hz kan vi ud fra ovenstående forhold se, at den 3-fasede roterende flux roterer ca. 3000 omdrejninger på 1 minut eller 50 omdrejninger på 1 sekund.
I et bestemt øjeblik kan rotor- og statorpolerne være af samme polaritet (N-N eller S-S), hvilket forårsager en frastødende kraft på rotoren, og i det næste øjeblik vil den være N-S, hvilket forårsager en tiltrækkende kraft. Men på grund af rotorens inerti er den ikke i stand til at rotere i nogen retning på grund af de tiltrækkende eller frastødende kræfter, og rotoren forbliver i stillestående tilstand. Derfor er en synkronmotor ikke selvstartende.
Her anvender vi nogle mekaniske midler, som i første omgang roterer rotoren i samme retning som magnetfeltet til en hastighed meget tæt på synkronhastigheden. Når den synkrone hastighed er nået, opstår der magnetisk låsning, og synkronmotoren fortsætter med at rotere, selv efter at de eksterne mekaniske midler er fjernet.
Men på grund af rotorens inerti er den ikke i stand til at rotere i nogen retning på grund af de tiltrækkende eller frastødende kræfter, og rotoren forbliver i stillestående tilstand. Derfor er en synkronmotor ikke selvstartende.
Her anvender vi nogle mekaniske midler, som i første omgang roterer rotoren i samme retning som magnetfeltet til en hastighed meget tæt på synkronhastigheden. Når synkronhastigheden er nået, opstår der magnetisk låsning, og synkronmotoren fortsætter med at rotere, selv efter at de eksterne mekaniske midler er fjernet.
Metoder til start af synkronmotor
- Motorstart med en ekstern prime mover: Synkronmotorer er mekanisk koblet med en anden motor. Det kan enten være en 3-faset induktionsmotor eller en DC-shuntmotor. Her anvender vi ikke jævnstrømsanspænding i første omgang. Den roterer med en hastighed, der ligger meget tæt på dens synkronhastighed, og derefter tilfører vi jævnstrømsanspænding. Efter et stykke tid, når den magnetiske låsning finder sted, afbrydes forsyningen til den eksterne motor.
- Dæmpervikling I dette tilfælde er synkronmotoren af typen med fremspringende poler, og der er anbragt en ekstra vikling i rotorens polflade. I begyndelsen, når rotoren ikke roterer, er den relative hastighed mellem dæmperviklingen og den roterende luftspalteflux stor, og der induceres en emf i den, som giver det nødvendige startmoment. Efterhånden som hastigheden nærmer sig synkronhastigheden, reduceres emf og drejningsmomentet, og til sidst, når den magnetiske låsning finder sted, reduceres drejningsmomentet også til nul. Derfor kører synkronmotoren i dette tilfælde først som en trefaset induktionsmotor ved hjælp af en ekstra vikling og til sidst synkroniseres den med frekvensen.
Anvendelse af synkronmotorer
- Synkronmotorer, der ikke har nogen belastning forbundet til akslen, anvendes til forbedring af effektfaktoren. På grund af dens evne til at opføre sig ved enhver elektrisk effektfaktor anvendes den i elsystemet i situationer, hvor statiske kondensatorer er dyre.
- Synkronmotoren finder anvendelse, hvor driftshastigheden er mindre (omkring 500 omdrejninger pr. minut) og der kræves høj effekt. Ved effektbehov fra 35 kW til 2500 KW er størrelsen, vægten og omkostningerne ved den tilsvarende trefasede induktionsmotor meget høje. Derfor anvendes disse motorer fortrinsvis. Eks- Stempelpumper, kompressorer, valsværker osv.