Оба агрегата: синхронный и асинхронный двигатель, относятся к категории электродвигателей, работающих от переменного тока. Сфера их использования схожа. Оба типа моторов устанавливаются в производственное оборудование, станки, различные агрегаты: насосы, компрессоры, подъемники и так далее. Но есть механизмы, где эффективнее будет использование электромотора той или иной системы.
Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного, какие преимущества и ограничения имеют эти виды силовых установок — в этой статье.
Как отличить синхронный двигатель от асинхронного
Строго говоря, по внешнему виду электромотора однозначно установить его систему сложно. Опытные инженеры указывают на косвенные признаки. Например, корпус асинхронного мотора может иметь более заметные ребра на корпусе, используемые для эффективного охлаждения.
Если нужно наглядно показать разницу между этими механизмами на максимально доступном уровне — «синхронный и асинхронный двигатель отличия для чайников», придется разобрать корпус электромоторов и посмотреть на их ротор:
- У асинхронного конструкция ротора будет напоминать беличью клетку, собранную из металлических стержней. В современных двигателях могут применяться более изящные технические решения. Но суть остается постоянной — в асинхронном двигателе ротор не имеет собственной обмотки.
- В синхронном электромоторе мы обнаружим более сложный ротор с собственными обмотками и двумя токосъемными кольцами. Через них напряжение подается на вращающийся элемент с помощью щеток.
Стоит отметить, что для синхронных электродвигателей разработан вариант конструкции и без токосъемных колец. При таком подходе ротор оснащается постоянным магнитом. Он становится более тяжелым, но упрощается конструкция электродвигателя.
С точки зрения инженеров принципиальное отличие между электродвигателями двух систем — соотношение частоты вращения их ротора и скорости, с которой перемещаются полюса создаваемого статором электромагнитного поля. Оно и определяет название вида мотора:
- Асинхронный. Ротор с металлическими стержнями разгоняется вращающимся электромагнитным полем, создаваемым тремя обмотками статора, расположенными под углом 120° друг к другу. Что соответствует сдвигу фаз в трехфазном электротоке. Но частота вращения ротора отстает от скорости перемещения поля на величину скольжения. Т.е. они движутся асинхронно.
- Синхронный. Ротор и статор образуют два вращающихся электромагнитных поля. Это приводит к синхронному вращению ротора и поля. Постоянный магнит на роторе как бы следует за полем обмотки. Скорость вращения вала такого электродвигателя постоянна.
Заметим, что работа асинхронного двигателя в пункте выше соответствует случаю подключения к трехфазному источнику питания. При двухфазном у статора есть только одна обмотка. Она создает одно вращающееся электромагнитное поле. Но для запуска двигателя устанавливают вторую — пусковую, расположенную под углом 90° к рабочей. В противном случае ротор не сдвинется с места, но будет создавать гул из-за вибраций.
Такая же проблема при запуске существует и у синхронных электродвигателей. Их ротор также не сможет начать крутиться, без стороннего импульса. Производители предлагают следующее инженерное решение.
В ротор синхронного электродвигателя встраивают металлическую структуру, аналогичную беличьей клетке в асинхронном. Питание в первые секунды работы мотора на обмотку не подается. Двигатель начинает работать как асинхронный.
Как только частота вращения ротора совпадает со скоростью перемещения полюсов поля статора, включается подача постоянного напряжения. Подвижная обмотка становится магнитом с выраженной полярностью.
Преимущества и особенности асинхронных двигателей
Выдающиеся характеристики асинхронного двигателя в части надежности и долговечности объясняются простотой конструкцией. Это же обстоятельство позволяет производителям снижать стоимость электродвигателей этого типа.
Поэтому асинхронные электродвигатели устанавливают в промышленные насосы, вентиляторы, другие установки, от которых требуется повышенная надежность при сравнительно невысокой стоимости владения. В статоре нет подвижных частей. Ротор также практически вечен, за исключением шарикоподшипников, на которых он установлен. Это обеспечивает высокую ремонтопригодность мотора. Найти запасные части для асинхронных двигателей несложно.
Кроме того, бесколлекторная конструкция, не требующая токосъемных колец, позволяет создать мотор практически любой мощности. Передача тока большой силы через коллектор была бы небезопасной.
Плюсы синхронных двигателей
К преимуществам синхронных электродвигателей относятся:
- Высокий КПД до 98%. Двигатели этого типа энергоэффективны, меньше греются в режиме непрерывной эксплуатации.
- Стабильная скорость вращения ротора. Эта характеристика позволяет инженерам устанавливать такие электромоторы в станки, электроинструмент. Даже под нагрузкой электродвигатель будет стремиться поддерживать частоту вращения и быстро возвращаться к ее нормальному значению после устранения перегрузки.
Недостатки синхронного двигателя объясняются особенностями его конструкции:
- Мотор оказывается дороже в производстве, чем асинхронный. Что сказывается на цене оборудования, им оснащенного.
- Более сложная конструкция делает такой электродвигатель менее надежным, чем асинхронный. В синхронных есть трущиеся части — токосъемные кольца и щетки. Со временем они могут выйти из строя.
- Также в синхронных двигателях устанавливают выпрямители. Они необходимы для подачи постоянного напряжения на обмотку ротора. Что также усложняет схему и потенциально снижает ее надежность.
Автор статьи: Александр Шихов