Розніца паміж асінхроннымі і сінхроннымі машынамі
У свеце электратэхнікі, асабліва ў энергетычных сістэмах і прамысловых прывадах рухавікоў, часта сустракаюцца тэрміны асінхронныя і сінхронныя машыны. Абедзве машыны — гэта машыны пераменнага току (AC), якія працуюць па прынцыпе круцільных магнітных палёў, але яны прынцыпова адрозніваюцца па генерацыі крутоўнага моманту, хуткасці кручэння, канструкцыі ротара, эксплуатацыйных характарыстыках і палявых ужываннях. Разуменне гэтых адрозненняў мае вырашальнае значэнне для выбару патрэбнай машыны ў адпаведнасці з вашымі патрабаваннямі да нагрузкі, эфектыўнасці, кіравання і кошту.
1. Разуменне асінхронных (індукцыйных) машын
Асінхронныя машыны больш вядомыя як індукцыйныя рухавікі. Слова «асінхронны» азначае, што хуткасць кручэння ротара не супадае з хуткасцю кручэння магнітнага поля ў статары (гэта называецца сінхроннай хуткасцю). Гэтыя машыны працуюць на аснове электрамагнітнай індукцыі: токі ротара ўзнікаюць з-за розніцы ў хуткасці паміж кручэннем поля статара і ротара. Гэтая розніца ў хуткасці называецца слізгаценнем.
Індукцыйныя рухавікі шырока выкарыстоўваюцца, таму што яны простыя ў канструкцыі, магутныя, лёгкія ў абслугоўванні і адносна недарагія.
2. Вызначэнне сінхроннай машыны
Сінхронная машына — гэта машына пераменнага току, ротар якой круціцца з дакладна такой жа хуткасцю, як і магнітнае поле статара, таму яна называецца «сінхроннай». Каб ротар быў «заблакіраваны» з магнітным полем статара, ён павінен мець уласнае магнітнае поле, якое звычайна атрымліваецца з:
1. Пастаянны ток узбуджэння (праз кантактныя кольцы або бесшчоткавы ўзбуджальнік), або
2. Пастаянны магніт (у сінхронных рухавіках з пастаяннымі магнітамі).
Сінхронныя машыны могуць функцыянаваць як рухавікі, так і генератары. На электрастанцыях сінхронныя генератары з'яўляюцца ключавым кампанентам, таму што яны паслядоўна выпрацоўваюць частату і напружанне ў адпаведнасці з хуткасцю кручэння.
3. Розніца ў прынцыпе працы: слізгальны і сінхронны з блакаваннем
Найбольш фундаментальнае адрозненне заключаецца ў суадносінах паміж хуткасцю ротара і хуткасцю поля статара.
– У асінхроннай машыне ротар павінен крыху адставаць ад сінхроннай хуткасці, каб у ротары індукавалі токі і стваралі крутоўны момант. Без слізгацення ў ротары няма індукаванага напружання, таму няма і крутоўнага моманту.
– У сінхроннай машыне ротар «прымацоўваецца» да круцільнага поля статара. Пасля сінхроннага кручэння яго хуткасць застаецца пастаяннай, адпавядаючы частаце крыніцы харчавання.
Канцэптуальна:
– Асінхронны: для стварэння крутоўнага моманту патрабуецца слізгаценне
– Сінхронны: падчас стабільнай працы не патрабуецца слізгацення
4. Хуткасць кручэння і стабільнасць хуткасці
Сінхронная хуткасць вызначаецца частатой і колькасцю полюсаў:
\[
n_s = \frac{120 f}{P}
\]
дзе \(n_s\) — колькасць абаротаў у хвіліну, \(f\) — частата (Гц), а \(P\) — колькасць полюсаў.
– Асінхронны рухавік: хуткасць крыху ніжэйшая за \(n_s\) і змяняецца ў залежнасці ад нагрузкі (чым большая нагрузка, тым большае слізгаценне, тым меншая хуткасць).
– Сінхронны рухавік: яго хуткасць роўная \(n_s\), адносна нязменная, нават калі нагрузка змяняецца (пакуль яна не перавышае максімальную мяжу крутоўнага моманту або «крутоўны момант выцягвання»).
Такім чынам, калі для прымянення патрабуецца вельмі пастаянная хуткасць, сінхронны рухавік часта з'яўляецца лепшым варыянтам.
5. Канструкцыя ротара: клетка з вавёркай супраць узбуджэння
Адрозненні ў канструкцыі ротара таксама прыкметныя:
Ротар асінхроннай машыны
Звычайна выкарыстоўваецца:
– Ротар з каротказамкнутым ротарам: праваднікі злучаныя канцавымі кольцамі, трывалыя і патрабуюць мінімальнага абслугоўвання.
– Таксама ёсць ротар з намоткай для пачатковай рэгулявання крутоўнага моманту або пэўнага кіравання.
Ротар сінхроннай машыны
Ротар павінен мець крыніцу магнітнага поля:
– Ротар з абмоткай і пастаянным узбуджэннем
– або ротар з пастаянным магнітам
З-за наяўнасці сістэмы ўзбуджэння сінхронныя машыны звычайна больш складаныя і патрабуюць дадатковага кіравання.
6. Спосаб запуску
Індукцыйныя рухавікі запускаюцца адносна лёгка:
– Можа быць падключаны непасрэдна да крыніцы (DOL) для малых і сярэдніх памераў,
– або выкарыстоўвайце зорка-трохкутнік, аўтатрансфарматар, плыўны пускач або інвертар/частотны пераўтваральнік для зніжэння пускавога току.
Сінхронныя рухавікі складаней запусціць, таму што ротар «не сінхранізаваны» пры запуску:
– У многіх сінхронных рухавіках выкарыстоўваюцца такія метады запуску, як дэмпферная абмотка, дапаможныя рухавікі або частотныя пераўтваральнікі, каб паступова павялічваць частату да сінхроннага стану.
Такім чынам, з практычнага боку запуску, асінхронныя рухавікі звычайна прасцейшыя.
7. Каэфіцыент магутнасці і рэгуляванне рэактыўнай актыўнасці
Важнай перавагай сінхроннай машыны з'яўляецца яе здольнасць рэгуляваць каэфіцыент магутнасці.
– Асінхронныя рухавікі, як правіла, маюць запазняючы (індуктыўны) каэфіцыент магутнасці, асабліва пры малых нагрузках, таму што ім патрабуецца ток намагнічвання з сеткі.
– Сінхронныя рухавікі могуць мець рэгуляванне ўзбуджэння:
– Недастатковае ўзбуджэнне → адставанне
– Пераўзбуджаны → апярэджваючы (можа падаваць рэактыўную магутнасць)
Таму сінхронныя рухавікі часта выкарыстоўваюцца ў якасці сінхронных кандэнсатараў для паляпшэння каэфіцыентаў магутнасці і падтрымкі рэгулявання напружання энергасістэмы.
8. Эфектыўнасць і абслугоўванне
Увогуле:
– Асінхронныя рухавікі: высокая эфектыўнасць, але ёсць страты ў ротары з-за індукаваных токаў і слізгацення. Для агульнага прымянення эфектыўнасць вельмі добрая, асабліва ў сучасных канструкцыях класа IE3/IE4.
– Сінхронныя рухавікі: могуць мець вельмі высокі ККД, асабліва сінхронныя рухавікі з пастаяннымі магнітамі, таму што ім не патрабуецца ток ротара для ўзбуджэння, а страты ротара меншыя.
Аднак сінхронныя рухавікі звычайна:
- даражэйшыя,
– больш складаныя сістэмы кіравання і ўзбуджэння,
– тэхнічнае абслугоўванне можа быць больш спецыялізаваным (асабліва ротара ўзбуджэння і сістэмы ўзмацняльніка).
9. Кошт і складанасць сістэмы
З эканамічнага пункту гледжання і пункту гледжання рэалізацыі:
– Асінхронныя машыны: больш нізкія пачатковыя выдаткі, адносна простая ўстаноўка, падыходзяць для агульных прамысловых патрэб.
– Сінхронныя машыны: пачатковыя выдаткі вышэйшыя з-за ўзбуджэння, кіравання і канструкцыі ротара. Аднак у некаторых выпадках эканомія энергіі, кантроль каэфіцыента магутнасці і стабільнасць хуткасці могуць зрабіць агульны кошт валодання (TCO) больш выгадным.
10. Агульныя прымяненні ў прамысловасці
Прыкладанні асінхронных машын
– Помпы, вентылятары, паветранадзімалкі
– Канвеер
– Кампрэсар
– Агульнавытворчыя машыны
Дзякуючы сваёй трываласці, таннасці і лёгкасці ў эксплуатацыі, асінхронныя рухавікі сталі «народным рухавіком» у прамысловасці.
Прымяненне сінхронных машын
– Генератары на электрастанцыях (PLTU, PLTA, PLTG, буйнамаштабныя PLTD)
– Прывады машын з пастаяннай хуткасцю: буйныя кампрэсары, млыны, некаторыя драбільныя ўстаноўкі
– Паляпшэнне каэфіцыента магутнасці (сінхронны кандэнсатар)
– Высокаэфектыўныя прымянення: сінхронныя рухавікі з пастаяннымі магнітамі ў сучасных сістэмах (прэміум-сістэмы ацяплення, вентыляцыі і кандыцыянавання паветра, некаторыя электрамабілі і галіны прамысловасці, якія патрабуюць максімальнай эфектыўнасці)
Выснова
Асноўнае адрозненне паміж асінхроннымі і сінхроннымі машынамі заключаецца ў суадносінах хуткасці ротара і хуткасці магнітнага поля статара. Асінхронным машынам для стварэння крутоўнага моманту патрабуецца слізгаценне, таму іх хуткасць крыху ніжэйшая за сінхронную і мае тэндэнцыю вагацца ў залежнасці ад нагрузкі. У той жа час сінхронныя машыны круцяцца менавіта з сінхроннай хуткасцю, прапаноўваючы вельмі стабільныя хуткасці і магчымасць рэгуляваць каэфіцыент магутнасці праз узбуджэнне.
На практыцы асінхронныя рухавікі вылучаюцца прастатой, надзейнасцю і коштам, у той час як сінхронныя рухавікі — стабільнасцю хуткасці, рэгуляваннем рэактыўнай магутнасці і патэнцыялам высокай эфектыўнасці ў пэўных умовах прымянення. Найлепшы выбар залежыць ад вашых патрэб: ці з'яўляюцца прыярытэтамі кошт і прастата, ці прадукцыйнасць, эфектыўнасць і кіраванне энергасістэмай.
Калі жадаеце, я магу дапамагчы, дадаўшы кароткую параўнальную табліцу, прыклад разліку сінхроннай хуткасці або рэкамендацыю па выбары рухавіка для канкрэтнага прамысловага выпадку.
