Принцип на действие на синхронен двигател

Структура и възбуда на синхронните мотори

Синхронният мотор се състои от две основни компонента: статор (неподвижна част) и ротор (въртящо се тяло). Статорът се подхранва от трифазен променлив ток, докато роторът се възбужда от постоянен ток.

Принцип на възбудата:
Възбудата означава процеса на индуктиране на магнитни полета както в статора, така и в ротора, превръщайки ги в електромагнити. Това магнитно свързване е необходимо за преобразуването на електрическата енергия в механично въртене.

Генериране на магнитно поле в синхронните мотори

Трифазният променлив ток индуцира алтернативни северни и южни полюси в статора. Тъй като подхранването е синусоидално, полярността на неговата вълна (положителна/отрицателна) се обръща всеки половин цикъл, причинявайки альтернативните северни и южни полюси на статора. Това генерира въртящо се магнитно поле в статора.

Магнитното поле на ротора се установява от постоянен ток, който фиксира полярността и създава неподвижно магнитно поле – т.е. неговите северни и южни полюси остават постоянни.

Въртящата се скорост на магнитното поле на статора се нарича синхронна скорост, определена от честотата на подхранването и броя на полюсите на мотора.

Взаимодействие на магнитните полюси в синхронните мотори

Когато противоположните полюси на статора и ротора се изравнят, възниква привлекателна сила между тях, генерираща противосмислен момент. Моментът, като въртящо равно на сила, кара ротора да следва магнитните полюси на статора.

След всеки половин цикъл, полярността на полюсите на статора се обръща. Обаче, инерцията на ротора – неговата склонност да се съпротивлява на промени в движението – запазва неговата позиция. Когато подобни полюси (север-север или юг-юг) се изравнят, репулсивна сила създава посмислен момент.

За визуализация, разгледайте 2-полюсен мотор: в фигурата по-долу, противоположните полюси на статор-ротор (N-S или S-N) индуцират привлекателни сили, както е показано.

След половин цикъл, полюсите на статора се обръщат. Един и същ полюс на статора и ротора се изправят един срещу друг, и между тях се развива сила на отблъскване.

Непосмисленият момент пулсира ротора само на едно място и поради тази причина синхронният мотор не може да стартира самостоятелно.

Механизъм за стартиране на синхронните мотори

За да започне работата, роторът първо се завърта от външен привод, изравнявайки неговата полярност с въртящото се магнитно поле на статора. Като полюсите на статора и ротора се заключват, се генерира единосмислен момент, който привлича ротора да се върти със синхронната скорост на магнитното поле на статора.

След синхронизация, моторът работи с постоянна скорост, равна на синхронната скорост, която е фиксирана от честотата на подхранването и броя на полюсите.