Принцип работы синхронного двигателя

Структура и возбуждение синхронных двигателей

Синхронный двигатель состоит из двух основных компонентов: статора (неподвижной части) и ротора (вращающейся части). Статор питается от трехфазного источника переменного тока, в то время как ротор возбуждается постоянным током.

Принцип возбуждения:
Возбуждение относится к процессу создания магнитных полей в статоре и роторе, превращая их в электромагниты. Это магнитное взаимодействие необходимо для преобразования электрической энергии в механическое вращение.

Генерация магнитного поля в синхронных двигателях

Трехфазное питание создает чередующиеся северные и южные полюса в статоре. Поскольку питание синусоидально, его полярность (положительная/отрицательная) меняется каждые полпериода, вызывая чередование северных и южных полюсов статора. Это создает вращающееся магнитное поле в статоре.

Магнитное поле ротора устанавливается постоянным током, который фиксирует полярность и создает неподвижное магнитное поле — это означает, что его северные и южные полюса остаются постоянными.

Скорость вращения магнитного поля статора называется синхронной скоростью, которая определяется частотой питания и числом полюсов двигателя.

Взаимодействие магнитных полюсов в синхронных двигателях

Когда противоположные полюса статора и ротора выравниваются, между ними возникает притягивающая сила, генерируя момент вращения против часовой стрелки. Момент, как вращательный эквивалент силы, заставляет ротор следовать за магнитными полюсами статора.

После каждого полупериода полярность полюсов статора меняется. Однако инерция ротора — его склонность сопротивляться изменениям движения — сохраняет его положение. Когда одинаковые полюса (север-север или юг-юг) выравниваются, возникает отталкивающая сила, создающая момент вращения по часовой стрелке.

Для визуализации этого рассмотрим двигатель с двумя полюсами: на рисунке ниже противоположные полюса статора и ротора (N-S или S-N) вызывают притягивающие силы, как показано.

После полупериода полюса на статоре меняются. Те же полюса статора и ротора оказываются друг напротив друга, и между ними развивается сила отталкивания.

Ненаправленный момент пульсирует ротор только в одном месте, поэтому синхронный двигатель не может самовозбуждаться.

Механизм запуска синхронных двигателей

Для начала работы ротор сначала приводится во вращение внешним приводом, выравнивая его полярность с вращающимся магнитным полем статора. Когда полюса статора и ротора сцепляются, создается направленный момент, который заставляет ротор вращаться с синхронной скоростью магнитного поля статора.

После синхронизации двигатель работает с постоянной скоростью, равной синхронной скорости, которая фиксирована частотой питания и числом полюсов.