Arbeidsprinsipp for en synkronmotor

Struktur og opphidsning av synkronmotorer

Synkronmotoren består av to hovedkomponenter: stator (stasjonær del) og rotor (roterende del). Statoren er spennet av en trefasevekselstrømforsyning, mens rotoren er opphidsed av en likestrømforsyning.

Opphidsningsprinsipp:
Opphidsning refererer til prosessen med å inducere magnetiske felt både i stator og rotor, der de blir omvendte til elektromagneter. Dette magnetiske koblingen er essensiell for å konvertere elektrisk energi til mekanisk rotasjon.

Generering av magnetfelt i synkronmotorer

Trefasevekselstrømforsyningen inducerer alternerende nord- og sørpoler i stator. Siden strømmen er sinusformet, snur dens bølgepolaritet (positiv/negativ) hver halvcyklus, noe som fører til at statorens nord- og sørpoler alternerer. Dette genererer et roterende magnetfelt i stator.

Rotorens magnetfelt etableres av en likestrømforsyning, som fastsetter polariteten og skaper et stasjonært magnetfelt—det vil si at dens nord- og sørpoler forbli konstante.

Rotasjonsfarten til statorens magnetfelt kalles synkronhastigheten, som er bestemt av forsyningsfrekvensen og antallet poler i motoren.

Magnetpolinteraksjon i synkronmotorer

Når motsatte poler av stator og rotor aligneres, oppstår det en tiltrekkskraft mellom dem, som genererer motorkraft mot klokka. Motorkraft, som den rotasjonelle ekvivalenten av kraft, driver rotoren til å følge statorens magnetpoler.

Etter hver halvcyklus snur statorens polepolaritet. Imidlertid beholder rotorens trøghet—dens tendens til å motvirke endringer i bevegelse—sitt posisjon. Når like poler (nord-nord eller sør-sør) aligneres, oppstår det en støtekraft som skaper motorkraft med klokka.

For å visualisere dette, tenk på en 2-polarmotor: i figuren nedenfor inducerer motsatte stator-rotorpoler (N-S eller S-N) tiltrekkskrefter, som vist.

Etter halvcyklen snur polene på stator. Den samme polen av stator og rotor står overfor hverandre, og støtekraft utvikler seg mellom dem.

Den ikke-unidireksjonale motorkraft pulserer rotoren bare på ett sted, og av denne grunn starter ikke synkronmotoren selv.

Startmekanisme for synkronmotorer

For å initiere drift, roteres først rotoren av en ekstern drev, der dens polaritet aligneres med statorens roterende magnetfelt. Som stator- og rotorpoler interlocker, genereres en unidireksjonal motorkraft, som trekker rotoren til å rotere med synkronhastigheten til statorfeltet.

Når de er synkronisert, kjører motoren med en konstant hastighet lik synkronhastigheten, som er fastsatt av forsyningsfrekvensen og antallet poler.