принцип, теория работы и применение
Мы узнали о различных типах электродвигателей в нашей предыдущей статье. Теперь мы начнем узнавать об этих моторах индивидуально. В этой статье мы рассмотрим теорию работы синхронного двигателя и его строение, а так же подскажем где вы можете купить.
Принцип синхронного двигателя
Основной принцип такой же, как и для всех двигателей. Это взаимная индукция между обмоткой статора и ротора, которая делает любой двигатель работоспособным. Кроме того, когда 3-фазная обмотка питается от 3-фазного источника питания, то создается магнитный поток постоянной величины, но вращающийся с синхронной скоростью.
Чтобы легко понять работу синхронного двигателя, давайте рассмотрим только два полюса в статоре и роторе. Как показано на рисунке, статор имеет два полюса Ns и S. Эти полюса, находясь под напряжением, создают вращающееся магнитное поле. Они вращаются с синхронной скоростью и позволяют считать направление вращения по часовой стрелке. Если полюса ротора находятся в положении, показанном на рисунке, то полюса отталкиваются друг от друга. Итак, северный полюс в статоре отталкивает северный полюс ротора. Также южный полюс статора отталкивает юг ротора. Это заставляет ротор вращаться в направлении против часовой стрелки. Таким образом, через полпериода полюса статора меняются местами, что приводит их в положение противоположенных полюсов, которые притягивают друг друга . Т.е. южный полюс статора и северный полюс ротора притягиваются и магнитно сцепляются.
В этом положении полюсы Ns притягивают S, а полюсы Ss притягивают N. Эти противоположные полюса ротора и статора начинают вращаться в том же направлении, что и полюса статора. Это заставляет ротор вращаться в одном направлении и с синхронной скоростью, которая равна скорости вращения полюсов статора. Таким образом, поскольку положение полюсов статора продолжает изменяться с быстрой скоростью и реверсированием, полюса ротора также вращаются и поворачиваются так же, как и статор, таким образом вызывая вращение ротора с постоянной, синхронной скоростью и в том же направлении. Приобрести синхронный двигатель можно, перейдя по ссылке ниже:
Теория работы
Когда на двигатель подается питание переменного тока, полюса статора находятся под напряжением. Это, в свою очередь, притягивает полюса ротора, таким образом, полюса статора и ротора магнитно блокируются. Именно эта блокировка заставляет ротор вращаться с одинаковой синхронной скоростью с полюсами статора. Синхронная скорость вращения задается выражением Ns = 120f / P.
Когда нагрузка на двигатель постепенно увеличивается, ротор, несмотря на то, что он вращается с одинаковой скоростью, имеет тенденцию постепенно снижаться по фазе на некоторый угол, «β», называемый Угол нагрузки или Угол сцепления. Этот угол нагрузки зависит от величины нагрузки, на которую рассчитан двигатель. Другими словами, мы можем интерпретировать, как развиваемый двигателем крутящий момент зависит от угла нагрузки «β».
Электрическую работу синхронного двигателя можно сравнить с передачей мощности механическим валом. На рисунке показаны два шкива, «A» и «B». Предполагается, что шкив «A» и шкив «B» установлены на одном валу. «А» передает мощность от привода через вал, в свою очередь заставляя «В» вращаться, передавая мощность нагрузке.
Два шкива, которые прикреплены к одному валу, можно сравнить с блокировкой между полюсами статора и ротора.
Если нагрузка увеличивается, шкив «B» передает увеличение нагрузки на вал, что проявляется в скручивании вала.
Таким образом, поворот вала можно сравнить с ротором, падающим по фазе со статором.
Угол кручения можно сравнить с углом нагрузки «β». Также, когда нагрузка увеличивается, сила скручивания и угол закручивания увеличиваются. Таким образом, угол нагрузки «β» также увеличивается.
Если нагрузка на шкив «B» увеличивается до такой степени, что он заставляет вал крутиться и ломаться, то передача мощности через вал прекращается, когда вал ломается. Это можно сравнить с ротором, выходящим из синхронизма с полюсами статора.
Таким образом, синхронные двигатели могут работать либо с синхронной скоростью, либо они останавливаются.
Процедура запуска двигателя
Все синхронные двигатели оснащены «обмоткой короткозамкнутого ротора», состоящей из медных прутков, закороченных на обоих концах. Эти обмотки также служат для самостоятельного запуска синхронного двигателя. Во время запуска он легко запускается и действует как асинхронный двигатель. Для запуска синхронного двигателя сетевое напряжение подается на клеммы статора, а ротор остается не возбужденным. Он запускается как асинхронный двигатель, и когда он достигает скорости около 95% от своей синхронной скорости, на ротор подается слабое постоянное возбуждение. В результате чего ротор выравнивается синхронно со статором. В этот момент статор и полюса ротора сцепляются друг с другом и приводят двигатель в синхронность.
Фазовые колебания
Раскачка фазы синхронного двигателя вызваны:
- Различными нагрузками
- Пульсирующими частотами питания.
Когда синхронный двигатель нагружен (например, компрессоры, насосы и т.д.). Когда нагрузка увеличивается, его ротор возвращается назад на угол соединения «β». При дальнейшем увеличении нагрузки этот угол «β» дополнительно увеличивается, чтобы справиться с возросшей нагрузкой. В этой ситуации, если нагрузка внезапно уменьшается, ротор перегружается, а затем оттягивается, чтобы приспособить новую нагрузку к двигателю. Таким образом, ротор начинает колебаться, как маятник, в своем новом положении, соответствующем его новой нагрузке, пытаясь восстановить равновесие. Если период времени этих колебаний совпадает с собственной частотой станка, то устанавливается резонанс, что может вывести машину из синхронизма. Для демпфирования таких колебаний используются «демпфирующие решетки», известные как «обмотки короткозамкнутых клеток».
Применение синхронных двигателей:
- Эти двигатели используются как первичные двигатели (приводы) для центробежных насосов, поршневых компрессоров с ременным приводом, воздуходувок, бумажных фабрик, резиновых фабрик и т.д. Из-за их высокой эффективности и высоких скоростей (об / мин выше 600).
- Низкоскоростные синхронные двигатели (об / мин ниже 600) широко используются для привода многих поршневых насосов. Таких как винтовые и шестеренные насосы, вакуумные насосы, дробилки, машины для прокатки алюминиевой фольги.
- Эти моторы также широко используются на борту судов. Навигационное оборудование корабля, такое как гирокомпас, использует специальный тип синхронного двигателя. Они также используются в качестве первичных двигателей для Viscometer. Это устройства для измерения / регулирования вязкости мазута главного двигателя.
- Большинство фабрик и производств используют бесконечное количество индуктивных нагрузок. Они могут варьироваться от ламповых ламп до мощных асинхронных двигателей. Таким образом, эти индуктивные нагрузки имеют значительный коэффициент мощности отставания. Синхронный двигатель с избыточным возбуждением (синхронный конденсатор), имеющий ведущий коэффициент мощности, используется для улучшения коэффициента мощности этих систем питания.
- Эти двигатели также используются для регулирования напряжения, когда происходит сильное падение / повышение напряжения. Так же когда тяжелая индуктивная нагрузка включается / выключается в конце длинных линий электропередачи.
- Синхронные двигатели могут работать на сверхнизких скоростях с помощью мощных электронных преобразователей, которые генерируют очень низкие частоты. Примерами этих двигателей являются диапазоны мощностью 10 МВт, используемые для привода дробилок, вращающихся печей и шаровых мельниц с регулируемой скоростью.
Синхронный электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Его также можно использовать в качестве генератора. Чаще всего он применяется в компрессорах, прокатных станках, поршневых насосах и другом подобном оборудовании. Рассмотрим принцип действия синхронного электродвигателя, его характеристики и свойства.
Устройство синхронного электродвигателя
Строение агрегата данного вида типично. Двигатель состоит из:
- Неподвижной части (якорь или статор).
- Подвижной части (ротор или индуктор).
- Вентилятора.
- Контактных колец.
- Щеток.
- Возбудителя.
Статор представляет собой сердечник, состоящий из обмоток, который заключен в корпус. Индуктор комплектуется электромагнитами постоянного тока (полюсами). Конструкция индуктора может быть двух видов – явнополюсная и неявнополюсная. В статоре и роторе расположены ферромагнитные сердечники, изготовленные из специальной электротехнической стали. Они необходимы для уменьшения магнитного сопротивления и улучшения прохождения магнитного потока.
Частота вращения ротора в синхронном двигателе равна частоте вращения магнитного поля. Независимо от подключаемой нагрузки частота ротора неизменна, так как число пар полюсов магнитного поля и ротора совпадают. Их взаимодействие обеспечивает постоянную угловую скорость, не зависящую от момента, приложенного к валу.
Принцип работы синхронного электродвигателя
Самые распространенные типы такого рода агрегатов – однофазный и трехфазный. Принцип работы синхронного электродвигателя в обоих случаях примерно одинаков. После подключения обмотки якоря к сети ротор остается неподвижным, в то время как постоянный ток поступает в обмотку возбуждения. Направление электромагнитного момента меняется дважды за время одного изменения напряжения. При значении среднего момента равном нулю, ротор под влиянием внешнего момента (механического воздействия) разгоняется до частоты, близкой по значению частоте вращения магнитного поля в зазоре, после чего двигатель переходит в синхронный режим.
В трехфазном устройстве проводники расположены под определенным углом относительно друг друга. В них возбуждается вращающееся с синхронной скоростью электромагнитное поле.
Разгон двигателя может осуществляться в двух режимах:
- Асинхронный. Обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата. Вращающееся магнитное поле, возникающее при включении напряжения, пересекает короткозамкнутую обмотку, установленную на роторе. В ней индуцируются токи, взаимодействующие с вращающимся полем статора. По достижении синхронной скорости крутящий момент начинает уменьшаться и сводится к нулю после замыкания магнитного поля.
- С помощью вспомогательного двигателя. Для этого синхронный двигатель механически соединяется со вспомогательным (двигателем постоянного тока либо трехфазным индукционным двигателем). Постоянный ток подается только после того, как вращение двигателя достигает скорости, близкой к синхронной. Магнитное поле замыкается, и связь со вспомогательным двигателем прекращается.
Характеристики синхронного электродвигателя
Хотя асинхронные двигатели считаются более надежными и дешевыми, их синхронные «собратья» имеют некоторые преимущества и широко применяются в различных областях промышленности. К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:
- Работу при высоком значении коэффициента мощности.
- Высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности.
- Сохранение нагрузочной способности даже при снижении напряжения в сети.
- Неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.
- Экономичность.
Синхронным двигателям также присущи некоторые недостатки:
- Достаточно сложная конструкция, делающая их производство дороже.
- Необходимость источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя).
- Сложность пуска.
- Необходимость корректировать угловую частоту вращения путем изменения частоты питающего напряжения.
Однако в некоторых случаях использование синхронных двигателей предпочтительнее:
- Для улучшения коэффициента мощности.
- В длительных технологических процессах, где нет необходимости в частых запусках и остановках.
Таким образом, «плюсы» двигателей такого типа значительно превосходят «минусы», поэтому на данный момент они высоко востребованы.
Изучив синхронный двигатель, устройство и принцип его действия и учтя условия, в которых он будет эксплуатироваться, вы сможете быстро и с легкостью подобрать оптимально подходящий для ваших целей тип агрегата (защищенный, закрытый, открытый) и использовать его с максимальной эффективностью.
Синхронный двигатель имеет постоянную частоту вращения при разнообразных нагрузках. Часто такие приборы применяют для приводов машин, которые работают с постоянной неизменной скоростью, например, компрессоры, вентиляторы, насосы и пр.
Особенности синхронных двигателей:
- Высокий коэффициент мощности cosФ=0,9
- Возможность использования синхронных двигателей на предприятиях для увеличения общего коэффициента мощности
Высокий КПД: он больше чем у асинхронного двигателя на (0,5-3%) это достигается за счёт уменьшения потерь в меди и большого CosФ.
- Обладает большой прочностью обусловленной увеличенным воздушным зазором.
- Вращающий момент синхронного двигателя прямо пропорционален напряжению в первой степени. Т.е синхронный двигатель будет менее чувствителен к изменению величины напряжения сети.
- Сложность пусковой аппаратуры и большая стоимость.
Устройство и принцип работы синхронного двигателя
Магнитное поле статора, которое вращается, намагничивает ротор. Синхронный двигатель с постоянными магнитами имеет разное электромагнитное сопротивление по поперечной и продольной осям полюсов. Силовые линии у магнитного поля обмотки статора начнут изгибаться, потому что они будут как бы стремиться найти пути с наименьшим сопротивлением. Вследствии специфических свойств силовых магнитных линий поля, в свою очередь, такая деформация его вызовет реактивный момент. Именно поэтому ротор будет вращаться синхронно вместе с магнитным полем статора.
Виды синхронных двигателей
В основном все отличия в конструктивном исполнении такого устройства — это модификации вращающейся детали. Ротор синхронной машины может быть с явно выраженными полюсами (т.н. «явнополюсный»), и с неявно выраженными полюсами (т.н.«неявнополюсный»).
- Явнополюсный ротор обычно имеет ярко выраженные, выступающие полюса, на которых размещаются катушки возбуждения.
- Неявнополюсный ротор обычно представляет собой цилиндр из ферромагнитного сплава, на поверхности которого фрезеруют пазы в осевом направлении. Впоследствии именно в эти пазы укладывают обмотки возбуждения.
принцип работы и устройство (фото)
Синхронный электродвигатель – электрическая установка, действующая от сети переменного и постоянного тока. Синхронная машина улучшает коэффициент мощности. Данные моторы используются довольно часто в электрической системе, потому что они подходят для любой сети напряжения и обладают высокими экономическими данными.
Область применения
- конвейеры,
- мощные вентиляторы,
- мельницы,
- эксгаустеры,
- компрессоры,
- дробилки,
- прокатные станки.
Преимущества и недостатки
Синхронный электродвигатель имеет сложнее структуру, чем асинхронный, но обладает некоторыми достоинствами.
Главным положительным качеством данных агрегатов является способность поддерживать оптимальный режим реактивной энергии. Из-за автоматического регулирования силы тока двигателя, он работает, не употребляя, не давая реактивную энергию, значение коэффициента мощности равняется 1. Если нужна реактивная энергия, она будет производиться синхронным мотором.
Данным двигателям не страшны перебои в сети, которой равен их максимальный момент. А значение критического момента равно квадрату напряжения.
Агрегат выдерживает большую перегрузку, которую можно еще увеличить автоматически повышением тока при необходимости непродолжительной нагрузки на вал. Он имеет постоянную скорость вращения независимо от нагрузки.
Трехфазный синхронный двигатель дороже обычного асинхронного из-за сложного механизма и особого устройства.
Еще недостатком оказывается надобность в постоянном источнике энергии, функции которого выполняет выпрямитель или специализированный возбудитель.
Устройство электродвигателя
Синхронный мотор имеет две основные части — статор и ротор. Неподвижная часть называется статором, а подвижный элемент ротором.
Однофазный двигатель с короткозамкнутым ротором, расположенным в статоре или снаружи в двигателях обращенного вида. В основе ротора — постоянные магниты. Материал магнитов имеет высокую коэрцитивную силу. Полюсы ротора могут быть явно и неявно выраженными. Синхронный двигатель с короткозамкнутым ротором бывает с магнитами на поверхности или с уже встроенными.
Статор представлен корпусом и сердечником, состоящим из двухфазных и трехфазных обмоток. Обмотка бывает распределенная и сосредоточенная. У распределенной насчитываются пазы полюса и фазы Q= 2,3.
У сосредоточенной обмотки пазы полюса и фазы Q=1. Пазы размещены на одинаковом расстоянии на окружности неподвижной части двигателя. Катушки статора соединяются последовательно или параллельно. Такие обмотки не могут влиять на форму кривой ЭДС. Электродвижущая сила имеет трапецеидальную и синусоидальную форму. У явно выраженного полюса форма ротора и наводимая электродвижущая сила проводника является трапециевидной формы (а). При необходимости создания синусоидальной ЭДС, полюсные наконечники приобретают другую форму, где величина кривой распределения индукции близкая синусоидальной. Осуществление возможно благодаря наличию скосов на наконечнике полюса ротора.
Ротор синхронного двигателя переменного тока: а — явно выраженный полюс, 6 — неявно выраженный полюс.
Неявно выраженные полюса обладают равной индуктивностью продольных и поперечных осей, а явно выраженные полюса имеют одинаковую величину поперечной и продольной индуктивности (б).
Принцип действия
Принцип действия электрической машины переменного тока: 1 — статор, 2 — ротор.
У однофазного двигателя отсутствует пусковой момент. При подключении обмотки якоря к сети переменного тока, ротор неподвижен, в обмотку возбуждения поступает постоянный ток, за время одного изменения напряжения, два раза происходит смена направления электромагнитного момента. Значение среднего момента равняется нулю. Ротор разгоняется посредством внешнего момента до вращающейся частоты, которая приближается к синхронности.
Из-за высокого значения коэффициента мощности обеспечивается снижение потребления электричества, уменьшаются потери. В сравнении с асинхронным механизмом с такой же мощностью, синхронный двигатель имеет КПД выше. Так как крутящийся момент аналогичен напряжению сети. Даже снижение напряжения не влияет на нагрузочную способность. Что свидетельствует о надежности механизма.
Тип подключения делится на однофазный и трехфазный. Синхронные агрегаты чаще бывают трехфазными. При положении проводников трехфазного двигателя в определенной геометрической позиции появляется электромагнитное поле, которое вращается с одновременной скоростью. При имении магнита во вращающемся поле, они замыкают, крутятся параллельно. Двигатель можно назвать нерегулируемым, так как его скорость постоянная.
Пуск электродвигателя
Существует два способа пуска синхронной машины.
- Асинхронное включение
Схема пуска на основе глухо подключенного возбудителя, применима для статистического момента нагрузки менее 0,4, без падений напряжения.
Асинхронный пуск с помощью трансформатора
В обмотке возбуждения замыкается сопротивление разряда, избегая тем самым перебои возбуждения обмотки на впуске, потому как на небольшой скорости вращения ротора возникают перенапряжения. Если скорость приближается к синхронной, реагирует контактор, а обмотка возбуждения переключается из разрядного сопротивления на якорь возбудителя.
- Применение тиристорного возбудителя
Возбуждение, осуществляемое при помощи электромагнитного реле
Пуск с тиристорным возбудителем более надежный, обладает высоким КПД. Легче становится управление возбуждением, напряжение шин, остановка в аварийном режиме. Во многих моделях электродвигателей установлены тиристорные возбудители. Подача возбуждения работает автоматически функцией скорости и тока.
Синхронный компенсатор
Упрощенная конструкция для холостого хода называется компенсатором.
Потребление электричества, помимо активной мощности, нуждается в реактивной мощности. Генератор вырабатывает реактивную мощность с минимальными затратами. Переход реактивной мощности генератора связан с потерями на линии передач. Поэтому применение компенсаторов является обоснованным экономически. При возбуждении синхронные двигатели не используют напряжение сети, а при перевозбуждении отдают реактивную мощность.
Синхронный электродвигатель применяется в сети переменного и постоянного тока, обеспечивая высокую надежность работы. Этот двигатель улучшит коэффициент мощности предприятия.
Синхронные электродвигатели (СД) не так распространены, как асинхронные с короткозамкнутым ротором. Но используются там, где нужен большой крутящий момент и в процессе работы будут происходить частые перегрузки. Также такой тип двигателей используются там, где нужна большая мощность, чтобы приводить в движение механизмы, благодаря высокому коэффициенту мощности и возможности улучшать коэффициент мощности сети, что существенно снизит затраты на электроэнергию и нагрузку на линии. Что такое синхронный двигатель, где он используется и какие у него плюсы минусы мы рассмотрим в этой статье.
Определение и принцип действия
Если говорить простым языком, то синхронным называют электродвигатель, у которого скорость вращения ротора (вала) совпадает со скоростью вращения магнитного поля статора.
Кратко рассмотрим принцип действия такого электродвигателя — он основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора, которое обычно создаётся трёхфазным переменным током и постоянного магнитного поля ротора.
Постоянное магнитное поле ротора создаётся за счет обмотки возбуждения или постоянных магнитов. Ток в обмотках статора создаёт вращающееся магнитное поле, тогда как ротор в рабочем режиме представляет собой постоянный магнит, его полюса устремляются к противоположным полюсам магнитного поля статора. В результате ротор вращается синхронно с полем статора, что и является его основной особенностью.
Напомним, что у асинхронного электродвигателя скорость вращения МП статора и скорость вращения ротора отличаются на величину скольжения, а его механическая характеристика «горбатая» с пиком при критическом скольжении (ниже его номинальной скорости вращения).
Скорость, с которой вращается магнитное поле статора, может быть вычислена по следующему уравнению:
N=60f/p
f – частота тока в обмотке, Гц, p – количество пар полюсов.
Соответственно по этой же формуле определяется скорость вращения вала синхронного двигателя.
Большинство электродвигателей переменного тока, используемых на производстве, выполнены без постоянных магнитов, а с обмоткой возбуждения, тогда как маломощные синхронные двигатели переменного тока выполняются с постоянными магнитами на роторе.
Ток к обмотке возбуждения подводится за счет колец и щеточного узла. В отличие от коллекторного электродвигателя, где для передачи тока вращающейся катушке используется коллектор (набор продольно расположенных пластин), на синхронном установлены кольца поперек одного из концов статора.
Источником постоянного тока возбуждения в настоящее время являются тиристорные возбудители, часто называемые «ВТЕ» (по названию одной из серий таких устройств отечественного производства). Ранее использовалась система возбуждения «генератор-двигатель», когда на одном валу с двигателем устанавливали генератор (он же возбудитель), который через резисторы подавал ток в обмотку возбуждения.
Ротор почти всех синхронных двигателей постоянного тока выполняется без обмотки возбуждения, а с постоянными магнитами, они хоть и похожи по принципу действия на СД переменного тока, но по способу подключения и управления ими очень сильно отличаются от классических трёхфазных машин.
Одной из основных характеристик электродвигателя является механическая характеристика. Она у синхронных электродвигателей приближена к прямой горизонтальной линии. Это значит, что нагрузка на валу не влияет на его обороты (пока не достигнет какой-то критической величины).
Это достигается именно благодаря возбуждению постоянным током, поэтому синхронный электродвигатель отлично поддерживает постоянные обороты при изменяющихся нагрузках, перегрузках и при просадках напряжения (до определенного предела).
Ниже вы видите условное обозначение на схеме синхронной машины.
Конструкция ротора
Как и любой другой, синхронный электродвигатель состоит из двух основных частей:
- Статор. В нём расположены обмотки. Его еще называют якорем.
- Ротор. На нём устанавливают постоянные магниты или обмотку возбуждения. Его также называют индуктором, из-за его предназначения — создавать магнитное поле).
Для подачи тока в обмотку возбуждения на роторе устанавливают 2 кольца (так как возбуждение постоянным током, на одно из них подают «+», а на другое «—»). Щетки закреплены на щеткодержателе.
Роторы у синхронных электродвигателей переменного тока бывают двух типов, в зависимости от назначения:
- Явнополюсные. Четко видны полюса (катушки). Используют при малых скоростях и большом числе полюсов.
- Неявнополюсные – выглядит как круглая болванка, в прорези на которой уложены провода обмоток. Используют при больших скоростях вращения (3000, 1500 об/мин) и малом числе полюсов.
Пуск синхронного двигателя
Особенностью этого вида электрических машин является то, что его нельзя просто подключить к сети и ожидать его запуска. Кроме того, что для работы СД нужен не только источник тока возбуждения, у него и достаточно сложная схема пуска.
Запуск происходит как у асинхронного двигателя, а для создания пускового момента кроме обмотки возбуждения на роторе размещают и дополнительную короткозамкнутую обмотку «беличью клетку». Её еще называют «демпфирующей» обмоткой, потому что она повышает устойчивость при резких перегрузках.
Ток возбуждения в обмотке ротора при пуске отсутствует, а когда он разгоняется до подсинхронной скорости (на 3-5% меньше синхронной), подаётся ток возбуждения, после чего он и ток статора совершает колебания, двигатель входит в синхронизм и выходит на рабочий режим.
Для ограничения пусковых токов мощных машин иногда уменьшают напряжение на зажимах обмоток статора, подключив последовательно автотрансформатор или резисторы.
Пока синхронная машина запускается в асинхронном режиме к обмотке возбуждения подключаются резисторы, сопротивление которых превышает сопротивление самой обмотки в 5 — 10 раз. Это нужно чтобы пульсирующий магнитный поток, возникающий под действием токов, наводимых в обмотке при пуске, не замедлял разгон, а также чтобы не повредить обмотки из-за индуцируемыми в ней ЭДС.
Виды
Видов таких машин очень много, выше была описана конструкция синхронного электродвигателя переменного тока с обмотками возбуждения, как самого распространенного на производстве. Есть и другие типы, такие как:
- Синхронные двигатели с постоянными магнитами. Это различные электродвигатели, такие как PMSM – permanent magnet synchronous motor, BLDC – Brushless Direct Current и прочие. Отличия, между которыми, состоят в способе управления и форме тока (синусоидальная или трапецивиденая). Их еще называют бесколлекторными или бесщеточными двигателями. Используются в станках, радиоуправляемых моделях, электроинструменте и т.д. Они работают не напрямую от постоянного тока, а через специальный преобразователь.
- Шаговые двигатели — синхронные бесщеточные двигатели, у которых ротор точно удерживает заданное положение, их используют для позиционирование рабочего инструмента в ЧПУ станках и для управления различными элементами автоматических систем (например, положение дроссельной заслонки в автомобиле). Состоят из статора, в этом случае на нём расположены обмотки возбуждения, и ротора, который выполнен из магнито-мягкого или магнито-твёрдого материала. Конструктивно очень похожи на предыдущие типы.
- Реактивные.
- Гистерезисные.
- Реактивно-гистерезисные.
Последние три типа СД также не имеют щеток, они работают за счет особой конструкции ротора. У реактивных СД различают три их конструкции: поперечно-расслоенный ротор, ротор с явновыраженными полюсами и аксиально-расслоенный ротор. Объяснение принципа их работы достаточно сложно, и займет большой объём, поэтому мы опустим его. Такие электродвигатели на практике вы, скорее всего, встретите нечасто. В основном это маломощные машины, используемые в автоматике.
Сфера применения
Синхронные двигатели стоят дороже чем асинхронные, к тому же требуют дополнительного источника постоянного тока возбуждения – это отчасти снижает ширину области применения этого вида электрических машин. Однако, синхронные электродвигатели используют для привода механизмов, где возможны перегрузки и требуется точное поддерживание стабильных оборотов.
При этом чаще всего используются в области больших мощностей — сотен киловатт и единиц мегаватт, и, при этом, пуск и остановка происходят достаточно редко, то есть машины работают круглосуточно долгое время. Такое применение обусловлено тем, что синхронные машины работают с cosФи приближенном к 1, и могут выдавать реактивную мощность в сеть, в результате чего улучшается коэффициент мощности сети и снижается её потребление, что важно для предприятий.
Преимущества и недостатки
Если говорить простыми словами, то у любой электрической машины есть свои плюсы и минусы. У синхронного двигателя положительными сторонами является:
- Работа с cosФи=1, благодаря возбуждению постоянным током, соответственно они не потребляют реактивной мощности из сети.
- При работе, с перевозбуждением отдают реактивную мощность в сеть, улучшая коэффициент мощности сети, падение напряжения и потери в ней и повышается КМ генераторов электростанциях.
- Максимальный момент, развиваемый на валу СД, пропорционален U, а у АД — U² (квадратичная зависимость от напряжения). Это значит, что у СД хорошая нагрузочная способность и устойчивость работы, которые сохраняются при просадке напряжения в сети.
- В следствие всего этого скорость вращения стабильна при перегрузках и просадках, в пределах перегрузочной способности, особенно при повышении тока возбуждения.
Однако существенным недостатком синхронного двигателя является то, что его конструкция сложнее, чем у асинхронных с КЗ-ротором, нужен возбудитель, без которого он не сможет работать. Всё это приводит к большей стоимости по сравнению с асинхронными машинами и сложностями в обслуживании и эксплуатации.
Пожалуй, на этом достоинства и недостатки синхронных электродвигателей заканчиваются. В этой статье мы постарались кратко изложить общие сведения о синхронных электродвигателях. Если у вас есть чем дополнить материал – пишите в комментариях.
Материалы по теме:
В целом, электрический двигатель представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразовывает электрическую энергию в механическую.
По типу подключения двигатели бывают однофазные и 3-х фазные. Среди 3-х фазных двигателей наиболее распространенными являются индукционные (асинхронные) и синхронные электродвигатели.
Когда в 3-х фазном двигателе электрические проводники располагаются в определенном геометрическом положении (под определенным углом относительно друг друга), возникает электрическое поле. Образованное электромагнитное поле вращается с определенной скоростью, которая называется синхронной скоростью.
Если в этом вращающемся магнитном поле присутствует электромагнит, он магнетически замыкается с этим вращающимся полем и вращается со скоростью этого поля. Фактически, это нерегулируемый двигатель, поскольку он имеет всего одну скорость, которая является синхронной, и никаких промежуточных скоростей там быть не может. Другими словами, он работает синхронно с частотой сети. Ниже дана формула синхронной скорости:
Ns = 120F/p
Строение синхронного двигателя
В принципе, его строение практически аналогично 3-фазному асинхронному двигателю, за исключением того факта, что на ротор подается источник постоянного тока (в этом мы разберёмся позже). А пока рассмотрим основное строение данного типа двигателя.
На рисунке показано устройство этого типа двигателя. На статор подается 3-х фазное напряжение, а на ротор – источник постоянного тока.
Строение синхронного двигателяОсновные свойства синхронных двигателей:
- Синхронные электродвигатели не являются самозапускающимся механизмом. Они требуют определенного внешнего воздействия, чтобы выработать определенную синхронную скорость.
- Двигатель работает синхронно с частотой электрической сети. Поэтому при обеспечении бесперебойного снабжения частоты он ведет себя так, как двигатель с постоянной скоростью.
- Этот двигатель имеет уникальные характеристики, функционируя под любым коэффициентом мощности. Поэтому они используются для увеличения фактора силы.
Видео: Строение и принцип работы синхронного двигателя
Принципы работы синхронного двигателя
Электронно-магнитное поле синхронного двигателя обеспечивается двумя электрическими вводами. Это обмотка статора, которая состоит из 3-х фаз и предусматривает 3 фазы источника питания и ротор, на который подается постоянный ток.
3 фазы обмотки статора обеспечивают вращение магнитного потока. Ротор принимает постоянный ток и производит постоянный поток. При частоте 50 Гц 3-х фазный поток вращается около 3000 оборотов в 1 минуту или 50 оборотов в 1 секунду. В определенный момент полюса ротора и статора могут быть одной полярности (++ или – – ), что вызывает отталкивания ротора. После этого полярность сразу же меняется (+–), что вызывает притягивание.
Но ротор по причине своей инерции не в состоянии вращаться в любом направлении из-за силы притяжения или силы отталкивания и не может оставаться в состоянии простоя. Он не самозапускающийся.
Чтобы преодолеть инерцию силы, необходимо определенное механическое воздействие, которое вращает ротор в том же направлении, что и магнитное поле, обеспечивая необходимую синхронную скорость. Через некоторое время происходит замыкание магнитного поля, и синхронный двигатель вращается с определенной скоростью.
Способы запуска
- Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя. Синхронный двигатель механически соединяется с другим двигателем. Это может быть либо 3-х фазный индукционный двигатель, либо двигатель постоянного тока. Постоянный ток изначально не подается. Двигатель начинает вращаться со скоростью, близкой к синхронной скорости, после чего подается постоянный ток. После того, как магнитное поле замыкается, связь со вспомогательного двигателя прекращается.
- Асинхронный пуск. В полюсных наконечниках полюсов ротора устанавливается дополнительная короткозамкнутая обмотка. При включении напряжения в обмотку статора возникает вращающееся магнитное поле. Пересекая короткозамкнутую обмотку, которая заложена в полюсных наконечниках ротора, это вращающееся магнитное поле индуцирует в ней токи, который взаимодействуя с вращающимся полем статора, приводят ротор во вращение. Когда достигнута синхронная скорость, ЭДС и крутящийся момент уменьшается. И наконец, когда магнитное поле замыкается, крутящий момент также сводится к нулю. Таким образом, синхронность вначале запускается индукционным двигателем с использованием дополнительной обмотки.
Применение
- Синхронный двигатель используется для улучшения коэффициента мощности. Синхронные двигатели широко применяются в энергосистеме, поскольку они работают при любом коэффициенте мощности и имеют экономичные эксплуатационные показатели.
- Синхронные двигатели находят свое применение там, где рабочая скорость не превышает 500 об / мин и требуется увеличить мощность. Для энергетической потребности от 35 кВт до 2500 кВт, стоимость, размер, вес и соответствующего индукционного двигателя будет довольно высоким. Такие двигатели часто используются для работы поршневых насосов, компрессоров, прокатных станков и другого оборудования.
Принцип действия синхронного двигателя примерно такой же, как и у асинхронного. Но есть несколько отличий, которые имеют ключевое значение при выборе мотора для той или иной конструкции. В промышленности получили широкое распространение асинхронные машины – их доля достигает 96% от общего количества электрических двигателей. Но это вовсе не говорит о том, что отсутствуют другие типы электрических агрегатов.
Отличие от асинхронного мотора
Главное отличие синхронной машины заключается в том, что скорость вращения якоря такая же, как и аналогичная характеристика магнитного потока. И если в асинхронных моторах используется короткозамкнутый ротор, то в синхронных имеется на нем проволочная обмотка, к которой подводится переменное напряжение. В некоторых конструкциях используются постоянные магниты. Но это делает двигатель дороже.
Если увеличивать нагрузку, подключаемую к ротору, частота вращения его не изменится. Это одна из ключевых особенностей такого типа машин. Обязательное условие – у движущегося магнитного поля должно быть столько же пар полюсов, сколько у электромагнита на роторе. Именно это гарантирует постоянную угловую скорость вращения этого элемента двигателя. И она не будет зависеть от момента, приложенного к нему.
Конструкция мотора
Устройство и принцип действия синхронных двигателей несложны. Конструкция включает в себя такие элементы, как:
- Неподвижная часть – статор. На ней находится три обмотки, которые соединяются по схеме «звезда» или «треугольник». Статор собран из пластин электротехнической стали с высокой степенью проводимости.
- Подвижная часть – ротор. На нем тоже имеется обмотка. При работе на нее подается напряжение.
Между ротором и статором имеется прослойка воздуха. Она обеспечивает нормальное функционирование двигателя и позволяет магнитному полю беспрепятственно воздействовать на элементы агрегата. В конструкции присутствуют подшипники, в которых вращается ротор, а также клеммная коробка, расположенная в верхней части мотора.
Как работает двигатель
Если кратко, принцип действия синхронного двигателя, как и любого другого, заключается в преобразовании одного вида энергии в другой. А конкретно – электрической в механическую. Работает мотор таким образом:
- На статорные обмотки подается переменное напряжение. Оно создает магнитное поле.
- На обмотки ротора также подается переменное напряжение, создающее поле. Если используются постоянные магниты, то это поле уже по умолчанию имеется.
- Два магнитных поля взаимопересекаются, противодействуют друг другу – одно толкает другое. Из-за этого двигается ротор. Именно он установлен на шарикоподшипниках и способен свободно вращаться, дать ему нужно только толчок.
Вот и все. Теперь остается только использовать полученную механическую энергию в нужных целях. Но требуется знать, как правильно вывести в нормальный режим синхронный двигатель. Принцип работы у него отличается от асинхронного. Поэтому требуется придерживаться определенных правил.
Для этого электродвигатель подключают к оборудованию, которое необходимо привести в движение. Обычно это механизмы, которые должны работать практически без остановок – вытяжки, насосы и прочее.
Синхронные генераторы
Обратная конструкция – синхронные генераторы. В них процессы протекают немного иначе. Принцип действия синхронного генератора и синхронного двигателя отличаются, но не существенно:
- На обмотку статора не подается напряжение. С нее оно снимается.
- На обмотку ротора подается переменное напряжение, которое необходимо для создания магнитного поля. Потребление электроэнергии крайне маленькое.
- Ротор электрогенератора раскручивается при помощи дизельного или бензинового двигателя либо же силой воды, ветра.
- Вокруг ротора имеется магнитное поле, которое двигается. Поэтому в обмотке статора индуцируется ЭДС, а на концах появляется разность потенциалов.
Но в любом случае требуется стабилизировать напряжение на выходе генераторной установки. Для этого достаточно запитать роторную обмотку от источника, напряжение которого постоянно и не изменяется при колебаниях частоты вращения.
Полюсы обмоток двигателя
В конструкции ротора имеются постоянные или электрические магниты. Их обычно называют полюсами. На синхронных машинах (двигателях и генераторах) индукторы могут быть двух типов:
- Явнополюсными.
- Неявнополюсными.
Они различаются между собой только взаимным расположением полюсов. Для уменьшения сопротивления со стороны магнитного поля, а также улучшения условий для проникновения потока, используются сердечники, изготовленные из ферромагнетиков.
Эти элементы располагаются как в роторе, так и в статоре. Для изготовления используются только сорта электротехнической стали. В ней очень много кремния. Это отличительная особенность такого вида металла. Это позволяет существенно уменьшить вихревые токи, повысить электрическое сопротивление сердечника.
Воздействие полюсов
В основе конструкции и принципа действия синхронных двигателей лежит обеспечение влияния пар полюсов ротора и статора друг на друга. Для обеспечения работы нужно разогнать индуктор до определенной скорости. Она равна той, с которой вращается магнитное поле статора. Именно это позволяет обеспечить нормальную работу в синхронном режиме. В момент, когда происходит запуск, магнитные поля статора и ротора взаимно пересекаются. Это называется «вход в синхронизацию». Ротор начинает вращаться со скоростью, как у магнитного поля статора.
Самое сложное в работе синхронного мотора – это его запуск. Именно поэтому его используют крайне редко. Ведь конструкция усложняется за счет системы запуска. На протяжении долгого времени работа синхронного двигателя зависела от разгонного асинхронника, механически соединенным с ним. Что это значит? Второй тип двигателя (асинхронный) позволял разогнать ротор синхронной машины до подсинхронной частоты. Обычные асинхронники не требуют специальных устройств для запуска, достаточно только подать рабочее напряжение на обмотки статора.
После того, как будет достигнута требуемая скорость, происходит отключение разгонного двигателя. Магнитные поля, которые взаимодействуют в электрическом моторе, сами выводят его на работу в синхронном режиме. Для разгона потребуется другой двигатель. Его мощность должна составлять примерно 10-15 % от аналогичной характеристики синхронной машины. Если нужно вывести в режим электродвигатель 1 кВт, для него потребуется разгонный мотор мощностью 100 Вт. Этого вполне достаточно, чтобы машина смогла работать как в режиме холостого хода, так и с незначительной нагрузкой на валу.
Более современный способ разгона
Стоимость такой машины оказывалась намного выше. Поэтому проще использовать обычный асинхронный мотор, пусть и много у него недостатков. Но именно его принцип работы и был использован для уменьшения габаритов и стоимости всей установки. При помощи реостата производится замыкание обмоток на роторе. В итоге двигатель становится асинхронным. А запустить его оказывается намного проще – просто подается напряжение на обмотки статора.
Во время выхода на подсинхронную скорость возможно раскачивание ротора. Но это не происходит за счет работы его обмотки. Напротив, она выступает в качестве успокоителя. Как только частота вращения будет достаточной, производится подача постоянного напряжения на обмотку индуктора. Двигатель выводится в синхронный режим. Но такой способ можно воплотить только в том случае, если используются моторы с обмоткой на роторе. Если там применяется постоянный магнит, придется устанавливать дополнительный разгонный электродвигатель.
Преимущества и недостатки синхронных моторов
Основное преимущество (если сравнивать с асинхронными машинами) – за счет независимого питания роторной обмотки агрегаты могут работать и при высоком коэффициенте мощности. Также можно выделить такие достоинства, как:
- Снижается ток, потребляемый электродвигателем, увеличивается КПД. Если сравнивать с асинхронным мотором, то эти характеристики у синхронной машины оказываются лучше.
- Момент вращения прямо пропорционален напряжению питания. Поэтому даже если снижается напряжение в сети, нагрузочная способность оказывается намного выше, нежели у асинхронных машин. Надежность устройств такого типа существенно выше.
Но вот имеется один большой недостаток – сложная конструкция. Поэтому при производстве и последующих ремонтах затраты окажутся выше. Кроме того, для питания обмотки ротора обязательно требуется наличие источника постоянного тока. А регулировать частоту вращения ротора можно только с помощью преобразователей – стоимость их очень высокая. Поэтому синхронные моторы используются там, где нет необходимости часто включать и отключать агрегат.
90000 Working Principle, Types, and Applications 90001 90002 In the electrical systems, we use either in industries, power stations or domestic needs, motors and generators have become a common thing. With the demand for high energy efficient and less power consuming systems, the invention of new models of these electrical devices is seen. The basic calculating factor for motors and generators reliable operation is the 90003 Power factor 90004. It is the ratio of applied power over the required power.Usually, the total powered consumed at the industries and factories are calculated based on the power factor. So, power factor should always be maintained at unity. But due to the rise of reactive power in these devices power factor decreases. To maintain power factor at unity many methods are introduced. The synchronous motor concept is one of them. 90005 90006 What is Synchronous Motor? 90007 90002 The definition of synchronous motor states that «An AC Motor in which at steady state, rotation of the shaft is in sync with the frequency of applied current».The synchronous motor works as AC motor but here the total number of rotations made by the shaft is equal to the integer multiple of the frequency of the applied current. 90005 90010 90011 90011 Synchronous Motor 90002 The synchronous motor does not rely on induction current for working. In these motors, unlike induction motor, multiphase AC electromagnets are present on the stato 90003 r 90004, which produces a rotating magnetic- field. Here rotor is of a permanent magnet which gets synced with the rotating magnetic- field and rotates in synchronous to the frequency of current applied to it.90005 90017 Synchronous Motor Design 90018 90002 Stator and rotor are the main components of the synchronous motor. Here stator frame has wrapper plate to which keybars and circumferential ribs are attached. Footings, Frame mounts are used to support the machine. To excite field windings with DC, slip rings and brushes are used. 90005 90002 Cylindrical and round rotors are used for 6 pole application. Salient pole rotors are used when a larger quantity of poles is required. Construction of the synchronous motor and synchronous alternator are similar.90005 90017 Synchronous Motor Working Principle 90018 90002 Working of synchronous motors depends on the interaction of the magnetic field of the stator with the magnetic field of the rotor. The stator contains 3 phase windings and is supplied with 3 phase power. Thus, stator winding produces a 3 phased rotating Magnetic- Field. DC supply is given to the rotor. 90005 90027 90027 90002 The rotor enters into the rotating Magnetic-Field produced by the stator winding and rotates in synchronization.Now, the speed of the motor depends on the frequency of the supplied current. 90005 90002 Speed of the synchronous motor is controlled by the frequency of the applied current. The speed of a synchronous motor can be calculated as 90005 90002 90003 Ns = 60f / P = 120f / p 90004 90005 90002 where, f = frequency of the AC current (Hz) 90010 p = total number of poles per phase 90010 P = total pair number of poles per phase. 90005 90002 If the load greater than breakdown load is applied, the motor gets desynchronized.The 3 phase stator winding gives the advantage of determining the direction of rotation. In case of single-phase winding, it is not possible to derive the direction of rotation and the motor can start in either of the direction. To control the direction of rotation in these synchronous motors, starting arrangements are needed. 90005 90006 Starting Methods of Synchronous Motor 90007 90002 The moment of inertia of rotor stops the large-sized synchronous motors from self-starting. Because of this inertia of the rotor, it is not possible for a rotor to get in sync with the stator’s magnetic-field at the very instance power is applied.So some additional mechanism is required to help the rotor get synchronized. 90005 90002 Induction winding is included in the large motors which generate sufficient torque required for acceleration. For very large motors, to accelerate the unloaded machine, pony motor is used. Changing stator current frequency, electronically operated motors can accelerate even from the zero speed. 90005 90002 For very small motors, when the moment of Inertia of the rotor and the mechanical load are desirably small, they can start without any starting methods.90005 90017 Types of Synchronous Motor 90018 90002 Depending upon the method of magnetization of the rotor, there are two types of synchronous motors — 90005 90055 90056 Non-excited. 90057 90056 Direct current Excited. 90057 90060 90002 90003 Non-excited Motor 90004 90005 90002 In these motors, the rotor is magnetized by the external stator field. The rotor contains a constant magnetic field. High retentive steel such as cobalt steel is used to make the rotor. These are classified as a permanent magnet, reluctance, and hysteresis motors.90005 90055 90056 In Permanent magnet synchronous motors, a permanent magnet is used along with steel for rotor design. They have a constant magnetic field in the rotor, so induction winding can not be used for starting. Being used as gearless elevator motors. 90057 90060 90071 90071 Permanent Magnet Synchronous Motor 90055 90056 In Reluctance motor, the rotor is made up of steel casting with projecting tooted poles. To minimize the torque ripples, rotor poles are less than stator poles. Contains Squirrel Cage Winding to provide starting torque to the rotor.Used in instrumentation applications. 90057 90056 Hysteresis motors are self-starting motors. Here the rotor is a smooth cylinder made-up of high coercivity magnetically hard cobalt steel. These motors are expensive and are used where precise constant speed is required. Generally used as servomotors. 90057 90060 90017 DC Current Excited Motor 90018 90002 Here the rotor is excited using the DC current supplied directly through slip rings. AC induction and rectifiers are also used. These are usually of large sizes such as larger than 1 horsepower etc.90005 90083 90083 DC Current Excited Motor 90017 Applications of Synchronous Motors 90018 90002 usually, synchronous motors are used for applications where precise and constant speed is required. Low power applications of these motors include positioning machines. These are also applied in robot actuators. Ball mills, clocks, record player turntables also make use of synchronous motors. Besides these motors are also used as servomotors and timing machines. 90005 90002 These motors are available in a fractional horseshoe size range to high power industrial size range.While used in high power industrial sizes, these motors perform two important functions. One is as an efficient means of converting AC energy into mechanical energy and the other is Power factor correction. Which application of servomotor have you come across? 90005.90000 Working Principle of a Synchronous Motor 90001 90002 The stator and the rotor are the two main parts of the synchronous motor. The stator is the stationary part of the motor and rotor is their rotating part. The stator is excited by the three-phase supply, and the rotor is excited by the DC supply. 90003 90002 The term excitation means the magnetic field induces in the stator and rotor of the motor. 90005 The main aim of the excitation is to convert the stator and rotor into an electromagnet.90006 90003 90002 90009 The three-phase supply induces the north and south pole on the stator. The three-phase supply is sinusoidal. The polarity (positive and negative) of their wave changes after every half cycle and because of this reason the north and south pole also varies. Thus, we can say that the rotating magnetic field develops on the stator. 90003 90002 The magnetic field develops on the rotor because of the DC supply. 90005 The polarity of the DC supply becomes fixed, and thus the stationary magnetic field develops on the rotor.90006 The term stationary means their north and south pole remains fixed. 90003 90002 The speed at which the rotating magnetic field rotates is known as the synchronous speed. The synchronous speed of the motor depends on the frequency of the supply and the number of poles of the motor. 90003 90002 90005 N 90019 S 90020 = 120f / P 90006 90003 90002 When the opposite pole of the stator and rotor face each other, the force of attraction occurs between them.The attraction force develops the torque in the anti-clockwise direction. The torque is the kind of force which moves the object in the rotation. Thus, the poles of rotor dragged towards the poles of the stator. 90003 90002 After every half cycle, the pole on the stator is reversed. The position of the rotor remains same because of the inertia. 90005 The inertia is the tendency of an object to remain fixed in one position. 90006 90003 90002 When the like pole of the stator and rotor face each other, the force of repulsion occurs between them and the torque develops in the clockwise direction.90003 90002 Let understand this with the help of the diagram. For simplicity, consider the motor has two poles. In the below figure, the opposite pole of the stator and rotor face each other. So the attraction force develops between them. 90003 90002 90034 After the half cycle, the poles on the stator reverse. The same pole of the stator and rotor face each other, and the force of repulsion develops between them. 90003 90002 90037 90005 The non-unidirectional torque pulsates the rotor only in one place and because of this reason the synchronous motor is not self-starting.90006 90003 90002 90042 For starting the motor, the rotor is rotated by some external means. Thus, the polarity of the rotor also changed along with the stator. The pole of the stator and rotor interlock each other and the unidirectional torque induces in the motor. The rotor starts rotating at the speed of the rotating magnetic field, or we can say at synchronous speed. 90003 90002 The speed of the motor is fixed, and the motor continuously rotates at the synchronous speed. 90003 .90000 Working Principle of an Induction Motor 90001 90002 The motor which works on the principle of electromagnetic induction is known as the induction motor. The electromagnetic induction is the phenomenon in which the electromotive force induces across the electrical conductor when it is placed in a rotating magnetic field. 90003 90002 The stator and rotor are two essential parts of the motor. The stator is the stationary part, and it carries the overlapping windings while the rotor carries the main or field winding.The windings of the stator are equally displaced from each other by an angle of 120 °. 90003 90002 The induction motor is the single excited motor, i.e., the supply is applied only to the one part, i.e., stator. The term excitation means the process of inducing the magnetic field on the parts of the motor. 90003 90002 When the three phase supply is given to the stator, the rotating magnetic field produced on it. The figure below shows the rotating magnetic field set up in the stator. 90003 90002 90011 Consider that the rotating magnetic field induces in the anticlockwise direction.The rotating magnetic field has the moving polarities. The polarities of the magnetic field vary by concerning the positive and negative half cycle of the supply. The change in polarities makes the magnetic field rotates. 90003 90002 The conductors of the rotor are stationary. This stationary conductor cut the rotating magnetic field of the stator, and because of the electromagnetic induction, the EMF induces in the rotor. This EMF is known as the rotor induced EMF, and it is because of the electromagnetic induction phenomenon.90003 90002 The conductors of the rotor are short-circuited either by the end rings or by the help of the external resistance. The relative motion between the rotating magnetic field and the rotor conductor induces the current in the rotor conductors. As the current flows through the conductor, the flux induces on it. The direction of rotor flux is same as that of the rotor current. 90003 90002 Now we have two fluxes one because of the rotor and another because of the stator. These fluxes interact each other.On one end of the conductor the fluxes cancel each other, and on the other end, the density of the flux is very high. Thus, the high-density flux tries to push the conductor of rotor towards the low-density flux region. This phenomenon induces the torque on the conductor, and this torque is known as the electromagnetic torque. 90003 90002 The direction of electromagnetic torque and rotating magnetic field is same. Thus, the rotor starts rotating in the same direction as that of the rotating magnetic field.90003 90002 The speed of the rotor is always less than the rotating magnetic field or synchronous speed. The rotor tries to the run at the speed of the rotor, but it always slips away. Thus, the motor never runs at the speed of the rotating magnetic field, and this is the reason because of which the induction motor is also known as the asynchronous motor. 90003 90023 Why Rotor never runs at Synchronous Speed? 90024 90002 If the speed of the rotor is equal to the synchronous speed, no relative motion occurs between the rotating magnetic field of the stator and the conductors of the rotor.Thus the EMF is not induced on the conductor, and zero current develops on it. Without current, the torque is also not produced. 90003 90002 Because of the above mention reasons the rotor never rotates at the synchronous speed. The speed of the rotor is always less than the speed of the rotating magnetic field. 90003 90002 Alternatively, the method of the working principle of Induction Motor can also be explained as follows. 90003 90002 Let’s understand this by considering the single conductor on the stationary rotor.This conductor cuts the rotating magnetic field of the stator. Consider that the rotating magnetic field rotates in the clockwise direction. According to Faraday’s Law of electromagnetic induction, the EMF induces in the conductor. 90003 90002 90034 As the rotor circuit is completed by the external resistance or by end ring, the rotor induces an EMF which causes the current in the circuit. The direction of the rotor induces current is opposite to that of the rotating magnetic field. The rotor current induces the flux in the rotor.The direction of the rotor flux is same as that of the current. 90003 90002 90037 The interaction of rotor and stator fluxes develops a force which acts on the conductors of the rotor. The force acts tangentially on the rotor and hence induces a torque. The torque pushes the conductors of the rotor, and thus the rotor starts moving in the direction of the rotating magnetic field. The rotor starts moving without any additional excitation system and because of this reason the motor is called the self-starting motor.90003 90002 90040 The operation of the motor depends on the voltage induced on the rotor, and hence it is called the induction motor. 90003 .90000 What is a Synchronous Motor? — Definition, Construction, Working & its Features 90001 90002 90003 Definition: 90004 The motor which runs at synchronous speed is known as the synchronous motor. The synchronous speed is the constant speed at which motor generates the electromotive force. The synchronous motor is used for converting the electrical energy into mechanical energy. 90005 90006 Construction of Synchronous Motor 90007 90002 The stator and the rotor are the two main parts of the synchronous motor.The stator becomes stationary, and it carries the armature winding of the motor. 90003 The armature winding is the main winding because of which the EMF induces in the motor 90004. The rotator carry the field windings. The main field flux induces in the rotor. The rotor is designed in two ways, i.e., the salient pole rotor and the non-salient pole rotor. 90005 90002 The synchronous motor uses the salient pole rotor. 90003 The word salient means the poles of the rotor projected towards the armature windings 90004.The rotor of the synchronous motor is made with the laminations of the steel. The laminations reduce the eddy current loss occurs on the winding of the transformer. The salient pole rotor is mostly used for designing the medium and low-speed motor. For obtaining the high-speed cylindrical rotor is used in the motor. 90005 90006 Synchronous Motor Working 90007 90002 The stator and rotor are the two main parts of the synchronous motor. The stator is the stationary part, and the rotor is the rotating part of the machine.The three-phase AC supply is given to the stator of the motor. 90005 90002 The stator and rotor both are excited separately. 90003 The excitation is the process of inducing the magnetic field on the parts of the motor with the help of an electric current. 90004 90005 90002 When the three phase supply is given to the stator, the rotating magnetic field developed between the stator and rotor gap. 90003 The field having moving polarities is known as the rotating magnetic field. 90004 The rotating magnetic field develops only in the polyphase system.Because of the rotating magnetic field, the north and south poles develop on the stator. 90005 90002 The rotor is excited by the DC supply. The DC supply induces the north and south poles on the rotor. As the DC supply remains constant, the flux induces on the rotor remains same. Thus, the flux has fixed polarity. The north pole develops on one end of the rotor, and the south pole develops on another end. 90005 90002 The AC is sinusoidal. The polarity of the wave changes in every half cycle, i.e., the wave remains positive in the first half cycle and becomes negative in the second half cycle. The positive and negative half cycle of the wave develops the north and south pole on the stator respectively. 90005 90002 When the rotor and stator both have the same pole on the same side, they repel each other. If they have opposite poles, they attract each other. This can easily be understood with the help of the figure shown below. 90033 90003 The rotor attracts towards the pole of the stator for the first half cycle of the supply and repulse for the second half cycle.Thus the rotor becomes pulsated only at one place. 90004 This is the reason because of which the synchronous motor is not self-starting. 90005 90002 90038 The prime mover is used for rotating the motor. The prime mover rotates the rotor at their synchronous speed. The synchronous speed is the constant speed of the machine whose value depends on the frequency and the numbers of the pole of the machine. 90005 90002 When the rotor starts rotating at their synchronous speed, the prime mover is disconnected to the motor.And the DC supply is provided to the rotor because of which the north and south pole develops at their ends 90005 90002 90003 The north and south poles of the rotor and the stator interlock each other. Thus, the rotor starts rotating at the speed of the rotating magnetic field. And the motor runs at the synchronous speed. 90004 The speed of the motor can only be changed by changing the frequency of the supply. 90005 90046 Main Features of Synchronous Motor 90047 90048 90049 The speed of the synchronous motor is independent of the load, i.e., the variation of the load does not affect the speed of the motor. 90050 90049 The synchronous motor is not self-starting. The prime mover is used for rotating the motor at their synchronous speed. 90050 90049 The synchronous motor operates both for leading and lagging power factor. 90050 90055 90002 The synchronous motor can also be started with the help of the damper windings. 90005 .