Асинхронный двигатель как объект управления

Асинхронные двигатели: принципы эффективного управления

Значение асинхронных двигателей на любом производстве переоценить невозможно. Они обеспечивают функционирование оборудования, совершенно различного по мощности (от вентиляторов камер до дробилок), режиму работы (питающие насосы работают без остановки, а насосные станции пожаротушения могут почти не включаться) и требованиям к безопасности (взрывозащищенное и искробезопасное исполнение позволяют использовать асинхронные двигатели во взрывоопасных производственных зонах). Двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором отличаются простотой конструкции, невысокой стоимостью и являются самыми распространенными электрическими машинами. Согласно экспертным оценкам асинхронные двигатели потребляют до 53% всей вырабатываемой энергии.

Управление асинхронными двигателями определяется спецификой применения и требованиями к работе оборудования. Так, двигатель вентилятора должен включаться по сигналу от термодатчика, насосный двигатель — изменять скорость вращения для поддержания давления, а двигатель в составе систем, оборудованных запорно-регулирующей арматурой, — обеспечивать работу установки и контроль за состоянием арматуры. Чем выше требования к управляемому оборудованию, тем сложнее схема управления двигателем и конструкция шкафа управления.

Одно из распространенных применений асинхронных двигателей — насосы и насосные станции, активно используемые в производствах, где требуется перекачивание рабочих жидкостей, и решающие важные технологические задачи. Надежность и экономичность насосных установок серьезно влияют на показатели эффективности производства, и в свою очередь зависят от качества управления их работой. Как выбрать оптимальную схему управления для двигателей насосов и насосных станций, говорим сегодня.

Прежде всего, надо понять, как можно запускать двигатели и управлять ими. Условно по способам управления их можно разделить на три вида:

• прямой пуск и работа двигателя с постоянной производительностью;
• использование устройств плавного пуска (УПП) для разгона и дальнейшая работа двигателя с постоянной производительностью;
• использование преобразователей частоты (частотно-регулируемых приводов — ЧРП) для оптимального разгона и изменения производительности в зависимости от условий работы.

Рассмотрим каждый из способов.

В применении к асинхронным двигателям

При скалярном методе управления, скорость асинхронного электродвигателя контролируется установкой величины напряжения и частоты статора, таким образом, чтобы магнитное поле в зазоре поддерживалось на нужной величине. Для поддержания постоянного магнитного поля в зазоре, отношение В/Гц должно быть постоянным на разных скоростях.

Скалярное управление без датчика скорости

При увеличении скорости напряжение питания статора так же должно пропорционально увеличиваться. Однако синхронная частота асинхронного двигателя не равна частоте вращения вала, а скольжение асинхронного двигателя зависит от нагрузки. Таким образом система контроля со скалярным управлением без обратной связи не может точно контролировать скорость при наличии нагрузки. Для решения этой задачи в систему может быть добавлена обратная связь по скорости, а следовательно и компенсация скольжения [2].

Скалярное управление с датчиком скорости

Основные сведения о частотно-регулируемом электроприводе

Частотник в комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока. Системы регулирования скорости двигателя постоянного тока достаточно просты, но слабым местом такого электропривода является электродвигатель. Он дорог и ненадежен. При работе происходит искрение щеток, под воздействием электроэрозии изнашивается коллектор. Такой электродвигатель не может использоваться в запыленной и взрывоопасной среде.

Асинхронные электродвигатели превосходят двигатели постоянного тока по многим параметрам: они просты по устройству и надежны, так как не имеют подвижных контактов. Они имеют меньшие по сравнению с двигателями постоянного тока размеры, массу и стоимость при той же мощности. Асинхронные двигатели просты в изготовлении и эксплуатации.

Основной недостаток асинхронных электродвигателей – сложность регулирования их скорости традиционными методами (изменением питающего напряжения, введением дополнительных сопротивлений в цепь обмоток). Управление асинхронным электродвигателем в частотном режиме до недавнего времени было большой проблемой, хотя теория частотного регулирования была разработана еще в тридцатых годах. Развитие частотно-регулируемого электропривода сдерживалось высокой стоимостью преобразователей частоты. Появление силовых схем с IGBT-транзисторами, разработка высокопроизводительных микропроцессорных систем управления позволило различным фирмам Европы, США и Японии создать современные преобразователи частоты доступной стоимости.

Известно, что регулирование частоты вращения исполнительных механизмов можно осуществлять при помощи различных устройств: механических вариаторов, гидравлических муфт, дополнительно вводимыми в статор или ротор резисторами, электромеханическими преобразователями частоты, статическими преобразователями частоты.

Применение первых четырех устройств не обеспечивает высокого качества регулирования скорости, неэкономично, требует больших затрат при монтаже и эксплуатации. Статические преобразователи частоты являются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным приводом в настоящее время.

Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту f1 питающего напряжения, можно в соответствии с выражением

неизменном числе пар полюсов p изменять угловую скорость магнитного поля статора.

Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.

Регулирование скорости при этом не сопровождается увеличением скольжения асинхронного двигателя, поэтому потери мощности при регулировании невелики. Для получения высоких энергетических показателей асинхронного двигателя – коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности – необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение.

Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Mс . При постоянном моменте нагрузки Mс=const напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте:

Для вентиляторного характера момента нагрузки это состояние имеет вид:

При моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости:

Таким образом, для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения вала асинхронного электродвигателя, преобразователь частоты должен обеспечивать одновременное регулирование частоты и напряжения на статоре асинхронного двигателя.

Преимущества использования регулируемого электропривода в технологических процессах

Применение регулируемого электропривода обеспечивает энергосбережение и позволяет получать новые качества систем и объектов. Значительная экономия электроэнергии обеспечивается за счет регулирования какого-либо технологического параметра. Если это транспортер или конвейер, то можно регулировать скорость его движения. Если это насос или вентилятор – можно поддерживать давление или регулировать производительность. Если это станок, то можно плавно регулировать скорость подачи или главного движения.

Особый экономический эффект от использования преобразователей частоты дает применение частотного регулирования на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей. До сих пор самым распространённым способом регулирования производительности таких объектов является использование задвижек или регулирующих клапанов, но сегодня доступным становится частотное регулирование асинхронного двигателя, приводящего в движение, например, рабочее колесо насосного агрегата или вентилятора.

Перспективность частотного регулирования наглядно видна из рисунка 1

Таким образом, при дросселировании поток вещества, сдерживаемый задвижкой или клапаном, не совершает полезной работы. Применение регулируемого электропривода насоса или вентилятора позволяет задать необходимое давление или расход, что обеспечит не только экономию электроэнергии, но и снизит потери транспортируемого вещества.

Структура частотного преобразователя

Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного инвертора и системы управления.

Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока. Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.

В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями.

Принцип работы преобразователя частоты

Преобразователь частоты состоит из неуправляемого диодного силового выпрямителя В, автономного инвертора , системы управления ШИМ, системы автоматического регулирования, дросселя Lв и конденсатора фильтра Cв (рис.2). Регулирование выходной частоты fвых. и напряжения Uвых осуществляется в инверторе за счет высокочастотного широтно-импульсного управления.

Широтно-импульсное управление характеризуется периодом модуляции, внутри которого обмотка статора электродвигателя подключается поочередно к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя.

Длительность этих состояний внутри периода ШИМ модулируется по синусоидальному закону. При высоких (обычно 2…15 кГц) тактовых частотах ШИМ, в обмотках электродвигателя, вследствие их фильтрующих свойств, текут синусоидальные токи.

Таким образом, форма кривой выходного напряжения представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность прямоугольных импульсов (рис. 3). Частота импульсов определяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов в течение периода выходной частоты АИН промодули-рована по синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока (тока в обмотках асинхронного электродвигателя) практически синусоидальна.

Регулирование выходного напряжения инвертора можно осуществить двумя способами: амплитудным (АР) за счет изменения входного напряжения Uв и широтно-импульсным (ШИМ) за счет изменения программы переключения вентилей V1-V6 при Uв = const.

Второй способ получил распространение в современных преобразователях частоты благодаря развитию современной элементной базы (микропроцессоры, IBGT-транзисторы). При широтно-импульсной модуляции форма токов в обмотках статора асинхронного двигателя получается близкой к синусоидальной благодаря фильтрующим свойствам самих обмоток.

Такое управление позволяет получить высокий КПД преобразователя и эквивалентно аналоговому управлению с помощью частоты и амплитуды напряжения. Современные инверторы выполняются на основе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов – запираемых GTO – тиристоров, либо биполярных IGBT-транзисторов с изолированным затвором. На рис. 2.45 представлена 3-х фазная мостовая схема автономного инвертора на IGBT-транзисторах.

Она состоит из входного емкостного фильтра Cф и шести IGBT-транзисторов V1-V6 включенными встречно-параллельно диодами обратного тока D1-D6.

За счет поочередного переключения вентилей V1-V6 по алгоритму, заданному системой управления, постоянное входной напряжение Uв преобразуется в переменное прямоугольно-импульсное выходное напряжение. Через управляемые ключи V1-V6 протекает активная составляющая тока асинхронного электродвигателя, через диоды D1-D6 – реактивная составляющая тока.

И – трехфазный мостовой инвертор;
В – трехфазный мостовой выпрямитель;
Сф – конденсатор фильтра;

Скалярный метод

Асинхронный электропривод со скалярным управлением скоростью (т. е. по ВЧХ) так и остаётся по сегодняшнее время самым распространенным. В основе метода лежит то, что скорость двигателя является функцией выходной частоты.

Скалярное управление двигателями – оптимальный выбор для случаев, когда нет переменной нагрузки, и в хорошей динамике нет также потребности. Для работы «скалярника» не требуются какие-либо датчики. При использовании рассматриваемого метода, нет необходимости в дорогостоящем цифровом процессоре, как в случае с векторным управлением.

Метод часто применяется для автоуправления насосными, вентиляторными, компрессорными и иными агрегатами.Здесь требуется, чтобы поддерживалась или скорость вращения вала движка с применением датчика, или иной заданный показатель (к примеру, температура жидкости, контролируемая по соответствующему прибору слежения).

При скалярном управлении частотно-амплитудное изменение напряжения питания определяется по формуле U/fn = const. Это позволяет обеспечить постоянный магнитный поток в двигателе. Способ достаточно простой, легко реализуется, но не без некоторых существенных недостатков:

• не представляется возможным одновременное регулирование моментом и скоростью, поэтому выбирается та величина, которая с технологической точки зрения самая значимая;
• узкий диапазон скоростного регулирования и низкий момент на малых скоростях;
• плохая работа с динамически изменяющейся нагрузкой.

А что собой представляет векторный метод?

Передаточная функция асинхронного электродвигателя

Структурную схему АД можно построить, если перейти от системы дифференциальных к операторным уравнениям.

Рассмотрим динамику работы АД при управлении напряжением, подаваемом на обмотку статора. Электромагнитными переходными процессами пренебрегаем и рассматриваем только электромеханический процесс. В общем виде момент вращения электродвигателя является функцией частоты вращения и напряжения на зажимах обмотки статора, а статический момент сопротивления зависит от частоты вращения.

Изменение напряжения, подаваемого на обмотку статора, на D U вызывает соответствующие изменения моментов и частоты вращения:

При единичном сигнале D U ( p ) = U ( p ), D W ( p ) = W (р). Передаточная функция АД при управлении напряжением, подаваемом на обмотку статора, имеет вид:

W ( p ) = W (р)/ U ( p ) = k _дв / ( T _эм p + l ).

Следует иметь в виду, что k _дв и Т_эм переменные параметры, значения которых зависят от точки на механической характеристике, около которой происходит регулирование.

Передаточная функция АД при частотном регулировании

Получить точное выражение передаточной функции АД, отражающей электромагнитные и механические переходные процессы при частотном регулировании, не представляется возможным, потому что имеют место существенные нелинейности, связанные с преобразованием управляющего сигнала в частоту напряжения, питающего электродвигатель.

Вопрос осложняется также наличием двух контуров регулирования по двум взаимосвязанным входам — амплитуде и частоте напряжения. Поэтому для электроприводов с частотным управлением особое значение имеют методы моделирования на ЭВМ.

При малых изменениях частоты напряжения D w ₁ будет изменяться только активная составляющая тока ротора, реактивной составляющей пренебрегают. Пренебрегают величинами второго порядка малости. Таким образом, исследуется вращение ротора в магнитном поле постоянной амплитуды, вращающемся с заданной частотой при скачкообразном изменении частоты питающего напряжения. Передаточная функция при принятых условиях:

где а=г₂/ s L ₂; b = L _m / s L ₂; d =2 J /(3р 2 L _m ); I _{m b 0} -установившееся значение тока намагничения.

9.5. Вращающий (электромагнитный) момент асинхронного электродвигателя

Рассмотрим энергетическую диаграмму трехфазного АД.

В диаграмме приняты следующие обозначения:

P ₁ — активная мощность, потребляемая двигателем из сети,

P _эл1, P _эл2 — электрические потери в обмотках статора и ротора,

P _ст — потери в стали,

P _эм — электромагнитная мощность, передаваемая электромагнитным путем ротору,

P _мх — полная механическая мощность,

P _мех, Р_доб — механические и добавочные потери,

P ₂ — полезная мощность на валу.

Пусковые характеристики АД, представлены на рисунке.

Максимальному значению момента вращения соответствует некоторое скольжение s _кр, называемое критическим. Значение критического скольжения во многом определяется величиной омического сопротивления обмотки ротора.

Асинхронные электродвигатели различных серий имеют широкий диапазон варьирования параметров пусковых характеристик:

М_п=(0,7 — 1,8)М_н; I _п=(5,5 — 7) I _н; s _k = 0,06 — 0,15; M _max =(1,7-3)М_н; s _h = 0,01 — 0,02.

Меняя омическое сопротивление роторной обмотки r , изменяем характер кривой момента:

Форма кривой момента вращения зависит также от формы пазов ротора:

1 — с пазами бутылочной формы, 2 — глубокопазный ротор, 3 — ротор с двойной беличьей клеткой

Режимное подключение асинхронных электродвигателей

Рассмотрим, как подключить асинхронный электродвигатель к преобразователю частоты вместо магнитного пускателя. Какие нужны манипуляции для такой «инновационной» работы электрика?

Определяясь относительно выполнения схемы питания, электрик, как правило, выбирает из двух вариантов:

1. Подключение по питанию 220 вольт.
2. Подключение по питанию 380 вольт.

Кроме отмеченных вариантов существуют, конечно, схемы питания асинхронных электродвигателей другими параметрами питающих напряжений, но в базовой (хозяйственно-бытовой) стратегии обычно параметр выше 380 вольт не используется.

Отмеченная стратегия выбора по напряжению естественным образом сопровождается некоторой особенностью подключения асинхронных электродвигателей к частотному преобразователю, в зависимости от организации питания: в режиме 220 вольт (однофазное) или 380 вольт (трёхфазное).

Устройства, сочетающие в схеме электрику и электронику, позволяют питать асинхронные электродвигатели разным напряжением. Удобная техника для подключения моторов

На примере широко распространённого прибора VLT 51 серии «Micro Drive» — продукта производства компании «Danfoss», особенность соединения асинхронного электродвигателя и частотного преобразователя проста.

Если выбирается напряжение 220 вольт, используются две клеммы трёхфазного сетевого терминала, отмеченные символами «L1L» и «L3N», соответственно. В другом случае (схема 380 вольт) используются все три клеммы того же терминала.

Соединение с клеммами терминалов ПЧ

Следует отметить важный момент: опираясь на значение мощности подключаемого к частотному преобразователю асинхронного электродвигателя, на БРНО мотора применяется схема «звезда» либо «треугольник». Конечно же, модель частотного преобразователя необходимо подбирать как соответствующую мощности мотора.

Традиционно электродвигатели относительно небольших мощностей включают «звездой», тогда как под мощные асинхронные электродвигатели выполняется конфигурация «треугольником». Асинхронный электродвигатель соединяется с терминалом частотного преобразователя через клеммы, обозначенные символами: «U», «V», «W».

Терминалы частотного преобразователя для подключения асинхронного электродвигателя: 1 – однофазная сеть 220В (L1L / L3N); 2 – проводники от БРНО мотора на клеммах «U», «V», «W», соответственно; 3 – линия дистанционного управления в режиме «Авто»; 4 – заземляющие проводники на клемму «Земля» прибора

Головки затяжных винтов терминалов, как правило, имеют пазы под плоское лезвие отвёртки. В зависимости от назначения терминала могут потребоваться отвёртки разного размера лезвия. На контакты (3) устанавливается простая кнопка с фиксацией в качестве пульта дистанционного включения/отключения.

Как настроить прибор на параметры асинхронного электродвигателя?

Итак, после выполнения и проверки корректности всех соединений, частотный преобразователь VLT потребуется настроить, исходя из параметров подключенного мотора. Предварительно следует снять эксплуатационные данные с технической таблички на корпусе асинхронного электродвигателя. В частности, необходимы параметры:

• мощности,
• рабочего напряжения,
• частоты,
• силы тока,
• числа оборотов.

Этих параметров вполне достаточно, чтобы запустить асинхронный электродвигатель в работу через ПЧ.

Ввод рабочих значений в память ПЧ

Снятые параметры заводятся в память прибора посредством некоторых манипуляций на клавиатуре панели управления. Для большинства случаев подключения достаточно функции быстрого меню «Quick Menu». Эта функция активируется однократным нажатием клавиши «Меню» панели управления, с последующим подтверждением путём нажима клавиши «ОК».

Большинство асинхронных классических электродвигателей настраиваются на работу с ПЧ через функцию быстрого меню. Операции: один нажим «Меню», затем «ОК», после чего система открывает перечень настроек

Открытый режим «Быстрого меню» стартует параметром « 1-20 », где конфигурируется уровень мощности мотора. Для справки: ПЧ серии «VLT» поддерживают диапазон мощностей 0,09 – 11 кВт. Однако, исходя из мощности ПЧ, доступна лишь определённая часть диапазона мощностей в меню выборки значений.

Нужный параметр мощности (взятый с таблички мотора) пользователь может набрать при помощи клавиш панели управления («стрелки вверх / вниз»). Но предварительно ввод требуемого параметра нужно активировать кнопкой «ОК» (строка на дисплее начинает пульсировать). Нужная мощность выбирается из списка доступных значений. Выбранное значение опять же фиксируется клавишей «ОК».

Таким же способом настраиваются другие пункты быстрого меню: 1-22 (напряжение), 1-23 (частота), 1-24 (ток), 1-25 (число оборотов). Для перехода по пунктам меню применяется клавиша «стрелка вверх» (или «стрелка вниз», если требуется обратное движение).

Адаптация (проверка) правильности ввода значений

Как только выполнен ввод пяти основных рабочих параметров асинхронного электродвигателя, на следующем этапе следует провести адаптацию мотора. Для проведения адаптации используется очередной пункт быстрого меню 1-29 (ADD). Функция адаптации активируется установкой значения «2».

После подтверждения кнопкой «ОК», ПЧ переходит в режим автоматического тестирования. На дисплей выводится сообщение о необходимости активации кнопки ручного пуска.

Кнопки на панели управления (в нижней части) включения / отключения / сброса ПЧ, поддерживающие ручной (Hand On) и автоматический (Auto On) режим пуска, а также отключение / сброс (Off Reset). Слева (вверху) – шкала контроля работы. Справа (вверху) – потенциометр настройки частоты

Активация кнопки ручного пуска приводит к запуску функции ADD (адаптация асинхронного электродвигателя), что визуально отображается на дисплее в виде символа «рисуемого» системой прямоугольника в левом нижнем углу экрана.

Спустя примерно полминуты, тест завершается и если всё в норме, на экране появляется требование активировать клавишу «ОК». Активацией этой кнопки процедура настройки адаптации завершается.

Конструктивные особенности и принцип работы

Основными составными частями синхронного электродвигателя являются: статор, который неподвижен, и ротор, иными словами называемый индуктором. Статор имеет другое название – якорь, но от этого его суть не меняется. Эти части двигателя разделены прослойкой воздуха. Между пазами заложена трехфазная обмотка, которая чаще всего имеет соединение по схеме звезды.

Когда двигатель после запуска начал работать, токи якоря образуют движущееся магнитное поле, его вращение дает пересечение поля индуктора. В итоге такой работы двух полей возникает энергия. Магнитное поле статора по своей сути является полем его реакции. В работе генераторов такую энергию получают с помощью индукторов.

Полюсами являются электромагниты статора, работающие на постоянном токе. Статоры синхронных моторов могут выполняться по различным схемам: неявнополюсной, а также явнополюсной. Они отличаются положением полюсов.

Для снижения магнитного сопротивления и оптимизации условий прохода магнитного поля используют сердечники из ферромагнитного материала. Они находятся в роторе и якоре. Производятся они из электротехнической стали, которая содержит большое количество кремния. Это дает возможность снизить вихревые токи и увеличить электрическое сопротивление стали.

Синхронные электродвигатели имеют в своей основе принцип взаимодействия полюсов индуктора и статора. Во время пуска двигатель ускоряется до скорости вращения магнитного потока. Только при таком условии электродвигатель начинает действовать в синхронном режиме. При таком процессе магнитные поля образуют пересечение, возникает вход в синхронизацию.

Долгое время для разгона мотора применяли отдельный пусковой двигатель. Его соединяли механическим путем с синхронным мотором. При запуске ротор мотора ускорялся и достигал синхронной скорости. Далее мотор самостоятельно втягивался в синхронное движение. При выборе мощности пускового мотора руководствовались 15% мощности от номинала разгоняемого двигателя. Этого резерва мощности было достаточно для запуска синхронного двигателя, даже при наличии небольшой нагрузки.

Такой метод разгона более сложный, значительно повышает стоимость оборудования. В современных конструкциях синхронные электродвигатели не имеют такой схемы разгона. Применяют другую систему разгона. Реостатом замыкают обмотки индуктора по аналогии с асинхронным двигателем. Для запуска на ротор монтируют короткозамкнутую обмотку, являющуюся также и успокоительной обмоткой, которая предотвращает раскачивание ротора при синхронизации.

При достижении ротором номинальной скорости, к индуктору подключают постоянный ток. Однако, для пуска моторов с постоянными магнитами не обойтись без применения пусковых внешних двигателей.

В криогенных синхронных электродвигателях применяется обращенная конструкция. В ней якорь и индуктор размещены наоборот, индуктор находится на статоре, а якорь расположен на роторе. У таких машин возбуждающие обмотки состоят из сверхпроводимых материалов.

Достоинства и недостатки

Синхронные двигатели имеют основное преимущество по сравнению с асинхронными моторами тот факт, что возбуждение от постоянного тока внешнего источника дает возможность работы при значительной величине коэффициента мощности. Эта особенность дает возможность увеличить значение коэффициента мощности для общей сети благодаря включению синхронного мотора.

Синхронные электродвигатели имеют и другие достоинства:

• Электродвигатели синхронного типа работают с повышенным коэффициентом мощности, что создает уменьшение расхода энергии и снижает потери. КПД синхронного мотора выше при той же мощности асинхронного двигателя.
• Синхронные электродвигатели имеют момент вращения, который прямо зависит от напряжения сети. Поэтому он при уменьшении напряжения сохраняет свою мощность больше асинхронного. Это является фактором надежности подобных конструкций моторов.

Недостатками являются следующие отрицательные моменты:

• При проведении сравнительного анализа конструкций двух моторов, можно отметить, что синхронные электродвигатели выполнены по более сложной схеме, поэтому их стоимость будет выше.
• Следующим недостатком для синхронных моторов стала необходимость в источнике тока в виде выпрямителя, либо другого блока питания постоянного тока.
• Запуск двигателя происходит по сложной схеме.
• Регулировка скорости вала двигателя возможна только одним способом, с помощью применения частотного преобразователя.

В итоге можно сказать, что все-таки преимущества синхронных двигателей перекрывают недостатки. Поэтому двигатели такого вида широко применяются в технологических процессах, где идет постоянный непрерывный процесс, и не требуется частая остановка и запуск оборудования: на мельничном производстве, в компрессорах, дробилках, насосах и так далее.

Выбор двигателя

К вопросу приобретения синхронного электродвигателя нужно подходить, основываясь на следующие факторы:

• Условия эксплуатации электродвигателя. По условиям выбирают тип двигателя, который может быть защищенным, открытым или закрытым. А также синхронные электродвигатели отличаются по защите токовых частей от влаги, температуры, агрессивных сред. Для взрывоопасного производства существуют специальные защиты, предотвращающие образование искр в двигателе.
• Особенности выполнения подключения электродвигателя с потребителем.

Синхронные компенсаторы

Они служат для компенсирования коэффициента мощности в электрической сети и стабилизации номинального значения напряжения в местах подключения нагрузок к двигателю. Нормальным режимом синхронного компенсатора является режим перевозбуждения в момент отдачи в электрическую сеть реактивной мощности.

Такие компенсаторы еще называют генераторами реактивной мощности, так как они предназначены для выполнения такой же задачи, как батареи конденсаторов на подстанциях. Когда мощность нагрузок уменьшается, то часто необходимо действие синхронных компенсаторов в невозбужденном режиме при их потреблении реактивной мощности и индуктивного тока, потому что напряжение в сети старается увеличиться, а для его стабилизации на рабочем уровне нужно нагрузить сеть током индуктивности, который вызывает в сети снижение напряжения питания.

Для таких целей синхронные компенсаторы обеспечиваются регулятором автоматического возбуждения. Регулятор изменяет ток возбуждения таким образом, что напряжение на компенсаторе не изменяется.

Сфера применения

Широкое использование электродвигателей асинхронного типа со значительными недогрузками делает работу станций и энергосистем сложнее, так как уменьшается коэффициент мощности системы, это ведет к незапланированным потерям, к их неполному использованию по активной мощности. В связи с этим появилась необходимость в использовании двигателей синхронного типа, особенно для приводов механизмов значительной мощности.

Если сравнивать синхронные электродвигатели с асинхронными, то достоинством синхронных стала их работа коэффициентом мощности равном 1, благодаря действию возбуждения постоянным током. При этом они не расходуют реактивную мощность из питающей сети, а если работают с перевозбуждением, то даже отдают некоторую величину реактивной мощности для сети.

В итоге коэффициент мощности сети улучшается, и снижаются потери напряжения, увеличивается коэффициент мощности генераторов электростанций. Наибольший момент синхронного электродвигателя прямо зависит от напряжения, а у синхронного электромотора – от квадрата напряжения.

Поэтому, при уменьшении напряжения синхронный электромотор имеет по-прежнему значительную нагрузочную способность. Также, применение возможности повышения возбуждающего тока синхронных моторов дает возможность повышать их надежность эксплуатации при внезапных снижениях напряжения, и оптимизировать в таких случаях работу всей энергосистемы.

Из-за большой величины воздушного промежутка дополнительные потери в стальных сердечниках и в роторе синхронных моторов меньше, чем у двигателей асинхронного вида. Поэтому КПД синхронных моторов чаще бывает больше.

Однако устройство синхронных моторов намного сложнее, а также необходим возбудитель или другое устройство питания возбуждения. Поэтому синхронные моторы имеют более высокую стоимость по сравнению с асинхронными с короткозамкнутым ротором.

Запуск и регулировка скорости у синхронных электродвигателей имеет свои сложности. Но при больших мощностях их преимущества превосходят недостатки. Поэтому они применяются во многих местах, где не нужны частые пуски, остановки оборудования, а также нет необходимости в регулировки оборотов двигателя с приводом механизмов насосов, компрессоров, мельниц и т.д.