Synchronous Motors: Szinkronmotorok: Alkalmazások, indítási módszerek és működési elv

A villanymotorok olyan elektromechanikus eszközök, amelyek az elektromos energiát mechanikai energiává alakítják. A bemenet típusa alapján egyfázisú és háromfázisú motorokra osztottuk.

A háromfázisú motorok leggyakoribb típusa a szinkronmotorok és az indukciós motorok. Ha háromfázisú elektromos vezetőket bizonyos geometriai helyzetbe (azaz bizonyos szögben egymáshoz képest) – elektromos mezőt hozunk létre. A forgó mágneses tér egy bizonyos sebességgel forog, amelyet szinkronsebességnek nevezünk.

Ha ebben a forgó mágneses térben egy elektromágnes van, akkor az elektromágnes mágnesesen rögzül ehhez a forgó mágneses térhez, és a forgó mező sebességével forog.

Ez a szinkronmotor kifejezés innen származik, mivel a motor forgórészének fordulatszáma megegyezik a forgó mágneses térével.

Ez egy fix fordulatszámú motor, mert csak egy fordulatszámmal rendelkezik, ami a szinkronfordulatszám. Ez a fordulatszám szinkronban van a tápfrekvenciával. A szinkronfordulatszám a következő:

Hol:

• N= A szinkronfordulatszám (fordulatszámban – ill. Percenkénti fordulat)
• f = A tápfrekvencia (Hz-ben)
• p = A pólusok száma

A szinkronmotor felépítése

A felépítése általában majdnem hasonló a 3 fázisú indukciós motoréhoz, kivéve, hogy itt a forgórészre egyenáramot táplálunk, aminek okát később kifejtjük. Most először tekintsük át ennek a motortípusnak az alapvető felépítését. A fenti képből világosan látszik, hogy hogyan tervezzük meg ezt a típusú gépet. Háromfázisú táplálást alkalmazunk az állórészre és egyenáramú táplálást a forgórészre.

A szinkronmotorok fő jellemzői

1. A szinkronmotorok eleve nem önindítóak. Szükségük van valamilyen külső eszközre, hogy sebességüket a szinkronfordulatszám közelébe hozzák, mielőtt szinkronizálódnának.
2. A működési sebességük szinkronban van a tápfrekvenciával, és ezért állandó tápfrekvencia esetén állandó fordulatszámú motorként viselkednek, függetlenül a terhelés állapotától
3. Ez a motor rendelkezik azzal az egyedülálló tulajdonsággal, hogy bármilyen elektromos teljesítménytényező mellett működik. Ez teszi lehetővé, hogy az elektromos teljesítménytényező javítására használják.

Működési elv Szinkronmotor

A szinkronmotorok kétszeresen gerjesztett gépek, azaz két elektromos bemenetet kapnak. Az állórész-tekercselése, amely egy Mi háromfázisú tápellátást biztosít a háromfázisú állórész-tekercselésnek, és egyenáramot a forgórész-tekercselésnek.

A 3 fázisú áramot szállító 3 fázisú állórész-tekercselés 3 fázisú forgó mágneses fluxust hoz létre. Az egyenáramú táplálást hordozó forgórész szintén állandó fluxust termel. Az 50 Hz-es hálózati frekvenciát figyelembe véve a fenti összefüggésből látható, hogy a 3 fázisú forgó fluxus 1 perc alatt kb. 3000 fordulatot tesz meg, vagy 1 másodperc alatt 50 fordulatot.

Egy adott pillanatban a forgórész és az állórész pólusai azonos polaritásúak lehetnek (N-N vagy S-S), ami a forgórészre taszító erőt, a következő pillanatban pedig N-S lesz, ami vonzó erőt okoz. A rotor tehetetlensége miatt azonban a rotor nem tud semmilyen irányba forogni a vonzó vagy taszító erők miatt, és a rotor álló helyzetben marad. Ezért a szinkronmotor nem önindító.

Az alábbiakban néhány mechanikai eszközt használunk, amely kezdetben a forgórészt a mágneses mezővel azonos irányban forgatja a szinkronsebességhez nagyon közeli sebességre. A szinkronsebesség elérésekor mágneses rögzülés következik be, és a szinkronmotor a külső mechanikai eszközök eltávolítása után is tovább forog.

A forgórész azonban a rotor tehetetlensége miatt nem tud semmilyen irányba forogni e vonzó vagy taszító erők miatt, és a forgórész álló helyzetben marad. Ezért a szinkronmotor nem önindító.

Itt valamilyen mechanikai eszközt használunk, amely kezdetben a forgórészt a mágneses mezővel azonos irányban forgatja a szinkronsebességhez nagyon közeli sebességre. A szinkronsebesség elérésekor mágneses rögzülés következik be, és a szinkronmotor a külső mechanikai eszköz eltávolítása után is tovább forog.

A szinkronmotor indításának módszerei

1. Motorindítás külső főhajtóművel: A szinkronmotorokat mechanikusan összekapcsolják egy másik motorral. Ez lehet akár 3 fázisú indukciós motor, akár egyenáramú mellékmotor. Itt kezdetben nem alkalmazunk egyenáramú gerjesztést. A motor a szinkronsebességéhez nagyon közeli fordulatszámon forog, majd megadjuk az egyenáramú gerjesztést. Egy bizonyos idő elteltével, amikor a mágneses zárás megtörténik, a külső motor táplálása megszűnik.
2. Csökkentő tekercselés Ebben az esetben a szinkronmotor saliens pólusú típus, a rotor pólusfelületén további tekercselés van elhelyezve. Kezdetben, amikor a forgórész nem forog, a csillapító tekercselés és a forgó légrés fluxus közötti relatív sebesség nagy, és emf indukálódik benne, amely a szükséges indítónyomatékot hozza létre. Ahogy a fordulatszám közelít a szinkronsebességhez, az emf és a nyomaték csökken, és végül, amikor a mágneses zárlat bekövetkezik, a nyomaték is nullára csökken. Ezért ebben az esetben a szinkronmotor először háromfázisú indukciós motorként működik kiegészítő tekercseléssel, és végül szinkronizálódik a frekvenciával.

A szinkronmotorok alkalmazása

1. A szinkronmotort, amelynek tengelyéhez nincs terhelés csatlakoztatva, teljesítménytényező javítására használják. Mivel a motor bármilyen elektromos teljesítménytényező mellett képes viselkedni, a villamosenergia-rendszerben olyan helyzetekben használják, ahol a statikus kondenzátorok drágák.
2. A szinkronmotor ott talál alkalmazást, ahol az üzemi fordulatszám kisebb (kb. 500 rpm) és nagy teljesítményre van szükség. A 35 kW és 2500 KW közötti teljesítményigény esetén a megfelelő háromfázisú indukciós motor mérete, súlya és költsége nagyon magas. Ezért ezeket a motorokat előnyben részesítik. Pl. dugattyús szivattyúk, kompresszorok, hengerművek stb.