Skirtumas tarp asinchroninių ir sinchroninių mašinų
Elektros inžinerijos pasaulyje, ypač energetikos sistemose ir pramoninių variklių pavarose, dažnai vartojami terminai „asinchroninės ir sinchroninės mašinos“. Abi yra kintamosios srovės (AC) mašinos, veikiančios besisukančių magnetinių laukų principu, tačiau jos iš esmės skiriasi sukimo momento generavimu, sukimosi greičiu, rotoriaus struktūra, veikimo charakteristikomis ir pritaikymu lauke. Šių skirtumų supratimas yra labai svarbus norint pasirinkti tinkamą mašiną pagal jūsų apkrovos, efektyvumo, valdymo ir sąnaudų reikalavimus.
1. Asinchroninių (indukcinių) mašinų supratimas
Asinchroninės mašinos geriau žinomos kaip asinchroniniai varikliai. Žodis „asinchroninis“ reiškia, kad rotoriaus sukimosi greitis nėra toks pat kaip besisukančio magnetinio lauko statoriuje greitis (vadinamas sinchroniniu greičiu). Šios mašinos veikia elektromagnetinės indukcijos principu: rotoriaus srovės atsiranda dėl besisukančio statoriaus lauko ir rotoriaus greičių skirtumo. Šis greičių skirtumas vadinamas slydimu.
Asinchroniniai varikliai yra plačiai naudojami, nes jie yra paprastos konstrukcijos, tvirti, lengvai prižiūrimi ir gana nebrangūs.
2. Sinchroninės mašinos apibrėžimas
Sinchroninė mašina yra kintamosios srovės mašina, kurios rotorius sukasi tokiu pačiu greičiu kaip ir statoriaus magnetinis laukas, todėl ji vadinama „sinchronine“. Kad rotorius būtų „užfiksuotas“ statoriaus magnetiniame lauke, jis turi turėti savo magnetinį lauką, paprastai gaunamą iš:
1. Nuolatinės sužadinimo srovė (per kontaktinius žiedus arba bešepetinį sužadintuvą) arba
2. Nuolatinis magnetas (sinchroniniuose varikliuose su nuolatiniais magnetais).
Sinchroninės mašinos gali veikti ir kaip varikliai, ir kaip generatoriai. Elektrinėse sinchroniniai generatoriai yra pagrindinis komponentas, nes jie nuolat generuoja dažnį ir įtampą pagal savo sukimosi greitį.
3. Veikimo principo skirtumas: slydimas ir sinchroninis užrakinimas
Svarbiausias skirtumas yra rotoriaus greičio ir statoriaus lauko greičio santykis.
– Asinchroninėje mašinoje rotorius turi šiek tiek atsilikti nuo sinchroninio greičio, kad rotoriuje būtų indukuotos srovės ir susidarytų sukimo momentas. Nesant slydimo, rotoriuje nėra indukuotos įtampos, todėl nėra ir sukimo momento.
– Sinchroninėje mašinoje rotorius „užsirakina“ statoriaus sukamajame lauke. Kai mašina tampa sinchroniška, jos greitis išlieka pastovus ir atitinka maitinimo šaltinio dažnį.
Konceptualiai:
– Asinchroninis: sukimo momentui sukurti reikalingas slydimas
– Sinchroninis: stabilaus veikimo metu slydimo nereikia
4. Sukimosi greitis ir greičio stabilumas
Sinchroninis greitis nustatomas pagal dažnį ir polių skaičių:
\[
n_s = ∫frac{120 f}{P}
\]
kur \(n_s\) yra aps./min., \(f\) yra dažnis (Hz), o \(P\) yra polių skaičius.
– Asinchroninis variklis: greitis yra šiek tiek mažesnis nei \(n_s\) ir kinta priklausomai nuo apkrovos (kuo didesnė apkrova, tuo slydimas didėja, o greitis mažėja).
– Sinchroninis variklis: jo greitis yra tiksliai \(n_s\), santykinai nepakitęs net ir pasikeitus apkrovai (tol, kol neviršijama maksimali sukimo momento riba arba „ištraukimo momentas“).
Taigi, jei pritaikymui reikalingas labai pastovus greitis, sinchroninis variklis dažnai yra pranašesnis.
5. Rotoriaus konstrukcija: voverės narvelis ir sužadinimas
Rotoriaus konstrukcijos skirtumai taip pat ryškūs:
Asinchroninis mašinos rotorius
Paprastai naudokite:
– Voverės narvelio rotorius: laidininkų strypai sujungti galiniais žiedais, tvirti ir reikalauja minimalios priežiūros.
– Taip pat yra susuktas rotorius pradiniam sukimo momento reguliavimui arba tam tikram valdymui.
Sinchroninio mašinos rotorius
Rotorius turi turėti magnetinio lauko šaltinį:
– Apvyniotas rotorius su nuolatinės srovės sužadinimu
– arba rotorius su nuolatiniu magnetu
Dėl sužadinimo sistemos buvimo sinchroninės mašinos paprastai yra sudėtingesnės ir reikalauja papildomo valdymo.
6. Pradžios metodas
Indukcinius variklius gana lengva užvesti:
– Mažiems ir vidutiniams dydžiams galima tiesiogiai prijungti prie šaltinio (DOL),
– arba naudokite žvaigždės-trikampio jungimą, autotransformatorių, švelnųjį starterį arba keitiklį / dažnio keitiklį, kad sumažintumėte paleidimo srovę.
Sinchroninius variklius sunkiau paleisti, nes rotorius pradžioje „nėra sinchronizuotas“:
– Daugelyje sinchroninių variklių naudojami paleidimo metodai, tokie kaip slopintuvo apvija, pagalbiniai varikliai arba dažnio keitikliai, kad dažnis būtų palaipsniui didinamas iki sinchroninio.
Taigi, iš praktinės paleidimo pusės, indukciniai varikliai paprastai yra paprastesni.
7. Galios koeficientas ir reaktyvusis reguliavimas
Svarbus sinchroninio variklio privalumas yra jo gebėjimas reguliuoti galios koeficientą.
– Asinchroniniai varikliai paprastai turi vėluojantį (indukcinį) galios koeficientą, ypač esant mažoms apkrovoms, nes jiems reikalinga tinklo magnetizavimo srovė.
– Sinchroninių variklių sužadinimas gali būti reguliuojamas:
– Nepakankamai susijaudinęs → atsilieka
– Pernelyg sužadintas → pirmaujantis (gali tiekti reaktyviąją galią)
Todėl sinchroniniai varikliai dažnai naudojami kaip sinchroniniai kondensatoriai, siekiant pagerinti galios koeficientus ir palaikyti elektros energijos sistemos įtampos reguliavimą.
8. Efektyvumas ir priežiūra
Apskritai:
– Asinchroniniai varikliai: didelis efektyvumas, tačiau dėl indukuotų srovių ir slydimo yra rotoriaus nuostoliai. Bendriems pritaikymams efektyvumas yra labai geras, ypač šiuolaikiniuose IE3/IE4 klasės varikliuose.
– Sinchroniniai varikliai: gali pasižymėti labai dideliu efektyvumu, ypač nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai, nes jiems sužadinimui nereikia rotoriaus srovės, o rotoriaus nuostoliai yra mažesni.
Tačiau sinchroniniai varikliai paprastai:
- brangesnis,
– sudėtingesnės valdymo ir žadinimo sistemos,
– techninė priežiūra gali būti konkretesnė (ypač sužadinimo rotoriaus ir slėgio kėlimo sistemos).
9. Sistemos kaina ir sudėtingumas
Ekonominiu ir įgyvendinimo požiūriu:
– Asinchroninės mašinos: mažesnės pradinės išlaidos, gana lengvas montavimas, tinka bendriems pramonės poreikiams.
– Sinchroninės mašinos: pradinės išlaidos yra didesnės dėl sužadinimo, valdymo ir rotoriaus konstrukcijos. Tačiau tam tikrais atvejais energijos taupymas, galios koeficiento valdymas ir greičio stabilumas gali sumažinti bendras eksploatavimo išlaidas (TCO).
10. Bendras pritaikymas pramonėje
Asinchroninių mašinų taikymas
– Siurbliai, ventiliatoriai, pūstuvai
– Konvejeris
– Kompresorius
– Bendrosios gamybos mašinos
Kadangi indukciniai varikliai yra tvirti, pigūs ir lengvai valdomi, jie tapo „žmonių varikliu“ pramonėje.
Sinchroninių mašinų taikymas
– Generatoriai elektrinėse (PLTU, PLTA, PLTG, didelio masto PLTD)
– Pastovaus greičio mašinų pavaros: dideli kompresoriai, malūnai, tam tikri trupintuvai
– Galios koeficiento pagerinimas (sinchroninis kondensatorius)
– Didelio efektyvumo taikymas: nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai šiuolaikinėse sistemose (aukščiausios klasės ŠVOK sistemos, tam tikros elektrinės transporto priemonės ir pramonės šakos, kurioms reikalingas maksimalus efektyvumas)
Išvada
Pagrindinis skirtumas tarp asinchroninių ir sinchroninių mašinų yra rotoriaus greičio ir statoriaus magnetinio lauko greičio santykis. Asinchroninėms mašinoms sukimo momentui sukurti reikalingas slydimas, todėl jų greitis yra šiek tiek mažesnis už sinchroninį greitį ir linkęs svyruoti priklausomai nuo apkrovos. Tuo tarpu sinchroninės mašinos sukasi tiksliai sinchroniniu greičiu, todėl pasižymi labai stabiliais greičiais ir galimybe reguliuoti galios koeficientą per sužadinimą.
Praktiškai asinchroniniai varikliai pasižymi paprastumu, patikimumu ir kaina, o sinchroniniai varikliai – greičio stabilumu, reaktyviosios galios reguliavimu ir didelio efektyvumo potencialu tam tikrose srityse. Geriausias pasirinkimas priklauso nuo jūsų poreikių: ar prioritetai yra kaina ir paprastumas, ar našumas, efektyvumas ir elektros energijos sistemos valdymas.
Jei norite, galiu padėti pridėdamas greitą palyginimo lentelę, sinchroninio greičio skaičiavimo pavyzdį arba variklio pasirinkimo rekomendaciją konkrečiam pramoniniam atvejui.
