Maszyny synchroniczne
ELE.01 Montaż i obsługa maszyn i urządzeń elektrycznych – elektromechanik 741201
Budowa silnika synchronicznego
ANIMACJA 3D
Film dostępny pod adresem /preview/resource/Rja9lzXszi97W
Animacja pt. Silnik synchroniczny dla klasyfikacji ELE kropka zero jeden Montaż i obsługa maszyn i urządzeń elektrycznych, zawód Elektromechanik kod zawodu siedem cztery jeden dwa zero jeden
Schemat zastępczy silnika synchronicznego
Na schemacie zastępczym przedstawiona jest budowa silnika synchronicznego, obejmująca jedną fazę układu połączenia uzwojeń stojana. Prąd przepływający przez uzwojenie wzbudzające generuje strumień, który powoduje indukcję napięcia w uzwojeniu twornika. Natomiast prąd płynący w uzwojeniu twornika generuje strumień, z którego część jest przekazywana ze stojana do twornika, co tworzy tzw. strumień oddziaływania twornika. Pozostała część tego strumienia zostaje skoncentrowana w uzwojeniu twornika i jest określana jako strumień rozproszenia twornika. Wartości tych strumieni są powiązane z reaktancją oddziaływania twornika oraz reaktancją rozproszenia twornika. Każda z faz ma identyczny schemat zastępczy.
Sposoby rozruchu silnika synchronicznego
Rozruch silnika synchronicznego z wykorzystaniem momentu asynchronicznego silnika wytworzonego przez klatkę rozruchową, która jest umieszczona na wirniku. W momencie rozruchu silnika wirnik nie jest zasilany, ale zamiast tego zmienne pole magnetyczne w stojanie indukuje prąd w prętach klatki rozruchowej. Ten prąd generuje moment obrotowy, który powoduje obrót wirnika, podobnie jak w przypadku silnika indukcyjnego. Wirnik zaczyna obracać się w trybie asynchronicznym, co oznacza, że prędkość obrotowa jest początkowo niższa od prędkości synchronicznej. Kiedy wirnik osiągnie swoją maksymalną prędkość obrotową, do uzwojenia wirnika zostanie dostarczone napięcie. Wtedy wirnik synchronizuje się z częstotliwością zasilania i zaczyna obracać się z prędkością synchroniczną, która jest docelową prędkością dla silnika synchronicznego. Po osiągnięciu prędkości synchronicznej prąd generowany przez pręty klatki rozruchowej przestaje wpływać na działanie wirnika, ponieważ ten pracuje już w trybie synchronicznym.
Rozruch silnika synchronicznego z wykorzystaniem pomocniczej maszyny napędowej, na przykład silnika indukcyjnego, który ma na celu rozpędzić silnik synchroniczny do wymaganej prędkości synchronicznej. Jest to proces skomplikowany, który zazwyczaj opiera się na metodzie synchronizacji dokładnej lub samosynchronizacji, podobnie jak w przypadku prądnicy. Po osiągnięciu żądanej prędkości należy odłączyć zasilanie zewnętrznego silnika połączonego z silnikiem synchronicznym. Następnie należy podłączyć zewnętrzne źródło zasilania do silnika synchronicznego, który rozpocznie pracę jako silnik. Jednak ze względu na obecność dodatkowej maszyny napędowej ten sposób rozruchu jest stosowany rzadziej, jako bardziej złożony, mniej praktyczny oraz wymagający obecności i synchronizacji dwóch maszyn.
Rozruch częstotliwościowy z wykorzystaniem falownika to procedura rozruchu, w której częstotliwość napięcia i prądu dostarczanego do silnika jest stopniowo zwiększana za pomocą falownika. Jest to wygodna metoda, pozwalająca na płynne uruchomienie silnika bez szkodliwych skoków prądowych i mechanicznego obciążenia. Falownik precyzyjnie kontroluje prędkość i moment obrotowy podczas rozruchu, zapewniając optymalne warunki pracy dla silnika i redukując zużycie energii elektrycznej. Jest to szczególnie przydatne w przypadku dużych silników o znacznym zapotrzebowaniu na energię.
Zastosowanie
Silniki synchroniczne stosuje się w sytuacjach, gdy istotne jest utrzymanie wysokiej precyzji ruchu obrotowego oraz stałej prędkości obrotowej. Charakteryzują się zdolnością do idealnego pozycjonowania bez konieczności wykorzystywania dodatkowych enkoderów. Podstawowym zadaniem silnika elektrycznego jest przekształcanie energii elektrycznej na energię mechaniczną, jednak, podobnie jak w przypadku większości maszyn elektrycznych, można również dokonać odwrotnego procesu, czyli zamienić energię mechaniczną na elektryczną.
Silniki synchroniczne montuje się w maszynach drukarskich, włókienniczych, w przenośnikach, maszynach pakujących, a także tam, gdzie miejsce jest ograniczone. Są one również używane w urządzeniach, które pracują w trybie ciągłym.
Silniki synchroniczne z wirnikami jawnobiegunowymi są używane w wolnoobrotowych prądnicach w hydrogeneratorach napędzanych przez turbiny wodne. Silniki z wirnikami cylindrycznymi natomiast znajdują zastosowanie w szybkoobrotowych prądnicach, takich jak turbogeneratory w napędach turbin parowych lub wodnych.
Silniki synchroniczne są także stosowane jako generatory w turbinach wiatrowych oraz w napędach wind osobowych i towarowych. Ich zdolność do utrzymania stałej prędkości obrotowej sprawia, że są niezastąpione w dziedzinach, w których precyzja i niezawodność są kluczowe.