Werkprincipe van een synchrone motor
Structuur en opwekking van synchrone motoren
De synchrone motor bestaat uit twee primaire componenten: de stator (stilstaand deel) en de rotor (draaiend deel). De stator wordt gevoed door een driefase wisselspanning, terwijl de rotor wordt opgewekt door een gelijkspanning.
Principe van opwekking:
Opwekking verwijst naar het proces van het induceren van magnetische velden in zowel de stator als de rotor, waardoor ze veranderen in elektromagneten. Deze magnetische koppeling is essentieel voor het omzetten van elektrische energie in mechanische rotatie.
Magnetisch veld generatie in synchrone motoren
De driefase wisselspanning induceert afwisselende noord- en zuiderpoorten in de stator. Aangezien de voeding sinusvormig is, keert de golfpolariteit (positief/negatief) elke halve cyclus, waardoor de noord- en zuiderpoorten van de stator afwisselen. Dit genereert een draaiend magnetisch veld in de stator.
Het magnetisch veld van de rotor wordt opgezet door een gelijkspanning, die de polariteit vastlegt en een stationair magnetisch veld creëert - wat betekent dat de noord- en zuiderpoorten constant blijven.
De rotatiesnelheid van het magnetisch veld van de stator wordt de synchrone snelheid genoemd, bepaald door de voedingsspanningsfrequentie en het aantal polen van de motor.
Interactie van magnetische polen in synchrone motoren
Wanneer tegengestelde polen van de stator en de rotor zich uitlijnen, ontstaat er een aantrekkende kracht tussen hen, waardoor een tegen de klok in draaiende koppel ontstaat. Koppel, als het rotatie-equivalent van kracht, drijft de rotor aan om de magnetische polen van de stator te volgen.
Na elke halve cyclus keert de polaire polariteit van de stator. Echter, de traagheid van de rotor - zijn neiging om veranderingen in beweging te weerstaan - behoudt zijn positie. Wanneer gelijke polen (noord-noord of zuid-zuid) zich uitlijnen, creëert een afstotende kracht een met de klok mee draaiende koppel.
Om dit te visualiseren, overweeg een 2-polige motor: in de figuur hieronder induceren tegengestelde stator-rotorpolen (N-S of S-N) aantrekkende krachten, zoals getoond.
Na de halve cyclus keren de polen op de stator. Hetzelfde pool van de stator en de rotor staan tegenover elkaar, en de afstotende kracht ontwikkelt zich tussen hen.
Het niet-eendirectionele koppel pulseert de rotor slechts op één plaats en daarom is de synchrone motor niet zelfstartend.
Startmechanisme van synchrone motoren
Om de werking te initiëren, wordt de rotor eerst gedraaid door een externe aandrijving, waardoor zijn polariteit wordt uitgelijnd met het draaiende magnetisch veld van de stator. Terwijl de polen van de stator en de rotor in elkaar grijpen, wordt een eendirectioneel koppel gegenereerd, dat de rotor trekt om te roteren op de synchrone snelheid van het veld van de stator.
Eens gesynchroniseerd, draait de motor met een constante snelheid gelijk aan de synchrone snelheid, die vastligt door de voedingsspanningsfrequentie en het aantal polen.
