Elektriska motorer är en elektromekanisk anordning som omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi. Baserat på typen av ingång har vi klassificerat den i enfas- och 3-fasmotorer.
Den vanligaste typen av 3-fasmotorer är synkronmotorer och induktionsmotorer. När trefasiga elektriska ledare placeras i vissa geometriska positioner (dvs. i en viss vinkel från varandra) – skapas ett elektriskt fält. Det roterande magnetfältet roterar med en viss hastighet som kallas synkronhastighet.
Om en elektromagnet befinner sig i detta roterande magnetfält blir elektromagneten magnetiskt låst med detta roterande magnetfält och roterar med samma hastighet som det roterande fältet.
Det är här som termen synkronmotor kommer ifrån, eftersom hastigheten på motorns rotor är densamma som det roterande magnetfältet.
Det är en motor med fast varvtal eftersom den bara har ett varvtal, nämligen synkronhastigheten. Detta varvtal är synkroniserat med matningsfrekvensen. Det synkrona varvtalet ges av:
Varvid:
- N= det synkrona varvtalet (i RPM – dvs. Rotationer per minut)
- f = Matningsfrekvensen (i Hz)
- p = Antalet poler
Synkronmotorns uppbyggnad
Som regel är dess uppbyggnad nästan likadan som för en trefasig induktionsmotor, med undantag för det faktum att vi här matar rotorn med likström, vars orsak vi ska förklara senare. Låt oss nu först gå igenom den grundläggande konstruktionen av denna typ av motor. Av bilden ovan framgår det tydligt hur vi konstruerar den här typen av maskin. Vi tillämpar trefasmatning till statorn och likströmsmatning till rotorn.
Huvudfunktioner hos synkronmotorer
- Synkronmotorer är till sin natur inte självstartande. De kräver några externa medel för att få sin hastighet att närma sig synkronhastigheten innan de synkroniseras.
- Drivhastigheten är synkron med matningsfrekvensen och därför beter de sig vid konstant matningsfrekvens som en motor med konstant hastighet oavsett belastningstillstånd.
- Den här motorn har den unika egenskapen att den kan drivas med vilken elektrisk effektfaktor som helst. Detta gör att den används för att förbättra den elektriska effektfaktorn.
Driftsprincip för synkronmotorer
Synkronmotorer är en dubbelt exciterad maskin, dvs. den får två elektriska ingångar. Dess statorlindning som består av en Vi tillhandahåller trefasmatning till trefasstatorlindningen och likström till rotorlindningen.
Den trefasiga statorlindningen som bär trefasströmmar producerar ett trefasigt roterande magnetflöde. Rotorn som bär likströmsförsörjning producerar också ett konstant flöde. Med en effektfrekvens på 50 Hz kan vi av ovanstående relation se att det 3-fasiga roterande flödet roterar ungefär 3000 varv på 1 minut eller 50 varv på 1 sekund.
I ett visst ögonblick kan rotorns och statorns poler vara av samma polaritet (N-N eller S-S), vilket orsakar en avstötande kraft på rotorn, och i nästa ögonblick kommer de att vara N-S, vilket orsakar en attraherande kraft. Men på grund av rotorns tröghet kan den inte rotera i någon riktning på grund av de attraktiva eller repulsiva krafterna, och rotorn förblir stillastående. Därför är en synkronmotor inte självstartande.
Här använder vi några mekaniska medel som inledningsvis roterar rotorn i samma riktning som magnetfältet till en hastighet som ligger mycket nära synkronhastigheten. När den synkrona hastigheten är uppnådd uppstår en magnetisk låsning och synkronmotorn fortsätter att rotera även när de yttre mekaniska medlen har avlägsnats.
Men på grund av rotorns tröghet kan den inte rotera i någon riktning på grund av de attraktiva eller repulsiva krafterna, och rotorn förblir i stillastående tillstånd. Därför är en synkronmotor inte självstartande.
Här använder vi några mekaniska medel som initialt roterar rotorn i samma riktning som magnetfältet till en hastighet som ligger mycket nära synkronhastigheten. När den synkrona hastigheten är uppnådd sker en magnetisk låsning och synkronmotorn fortsätter att rotera även efter att det externa mekaniska hjälpmedlet avlägsnats.
Metoder för start av synkronmotor
- Motorstart med en extern drivmotor: Synkronmotorer är mekaniskt kopplade till en annan motor. Det kan vara antingen en trefasinduktionsmotor eller en likströms-shuntmotor. Här används ingen likströmsspänning inledningsvis. Den roterar med en hastighet som ligger mycket nära den synkrona hastigheten, och sedan ger vi likspänning. Efter en viss tid, när den magnetiska låsningen sker, bryts strömmen till den externa motorn.
- Dämpningslindning I detta fall är synkronmotorn av typen med framträdande poler, och en extra lindning placeras i rotorns polyta. När rotorn inte roterar är den relativa hastigheten mellan dämpningslindningen och det roterande luftspaltsflödet till en början stor och en emf induceras i den, vilket ger det erforderliga startmomentet. När hastigheten närmar sig den synkrona hastigheten minskar emf och vridmomentet och slutligen när den magnetiska låsningen sker minskar också vridmomentet till noll. Därför körs synkronmotorn i detta fall först som en trefasinduktionsmotor med hjälp av en extra lindning och slutligen synkroniseras den med frekvensen.
Användning av synkronmotorer
- Synkronmotorn, som inte har någon belastning ansluten till sin axel, används för att förbättra effektfaktorn. På grund av dess egenskaper att uppträda vid vilken elektrisk effektfaktor som helst används den i kraftsystem i situationer där statiska kondensatorer är dyra.
- Synkronmotorn används när driftshastigheten är låg (cirka 500 varv per minut) och hög effekt krävs. För effektbehov från 35 kW till 2500 KW är storleken, vikten och kostnaden för motsvarande trefasinduktionsmotor mycket hög. Därför används dessa motorer företrädesvis. Ex- Kolvpumpar, kompressorer, valsverk etc.