В чем отличия между синхронным и асинхронным двигателем, разница между ними

Чтобы механические установки на производстве функционировали эффективно, важно приобрести подходящий двигатель. В основе устройства, преобразующего электрическую энергию в механическую, два элемента: статор – фиксированный, ротор – совершающий вращательные движения. Асинхронные устройства более распространенные, но это не значит, что синхронные хуже. Чтобы выбрать прибор, нужно знать, чем отличается синхронный тип двигателя от асинхронного.

Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного

Если просто посмотреть на оба типа двигателя, разницу между ними заметить сложно. Единственное визуальное отличие асинхронного устройства – большее количество ребер в системе охлаждения. А различаются электродвигатели схемой роторов.

Краткая история создания

Первым ученым, сумевшим перевести электричество в энергию вращения, был в 1821 году англичанин Майкл Фарадей. Через год физик Питер Барлоу создал униполярный двигатель – устройство, так и не примененное на практике, но позволившее понять, как заряженный проводник ведет себя в магнитном поле.

С самого начала создания электродвигателей изобретатели старались сделать устройство не с круговым, а с возвратно-поступательным движением внутри магнитного поля. Автором первого настоящего электродвигателя стал русский физик Борис Якоби. В 1834 году ученый создал работающее устройство, основанное на вращении якоря в магнитном поле.

Никола Тесла и Галилео Феррарис разработали технологию вращающегося поля. В 1870-ом появился асинхронный двигатель. Еще Тесла изобрел бесколлекторный тип двигателя, разработал схемы электростанций, работающих на 2-фазных электродвигателях переменного тока. В 1888 году был выпущен 3-фазный двигатель, разработанный немецким инженером Михаилом Доливо-Добровольским. Этот ученый исследовал разные виды соединений фаз и эффективность применения напряжения тока разной величины, разработал 3-фазные трансформаторы.

два мотора

Конструктивные особенности

Асинхронные и синхронные двигатели внешне почти аналогичны. Основа обоих устройств – составленный из катушек статор и двигающийся ротор. Катушки лежат в пазах из стальных пластин сердечника. Они располагаются друг против друга под углом 120 °. Такая конструкция обеспечивает вращение магнитного поля при прохождении тока, которое заставляет двигаться ротор.

В конструкции ротора заключается основная разница, ею определяется быстрота вращения. Синхронный ротор – постоянный магнит. Он создает стабильное поле, связанное с вращающимся полем статора. В асинхронном устройстве в роторных пазах находятся короткозамкнутые пластины. Существуют также фазные роторы с кольцеобразными контактами, они замыкаются после раскручивания.

Частота оборотов ротора соотносится с периодичностью вращения статорного магнитного поля неодинаково. Значение, равное для синхронного устройства, неравное для асинхронного. Во втором случае ротор постоянно тормозит относительно вращательной скорости статорного поля, причем торможение соответствует значению скольжения.

Принцип работы двигателя

В асинхронном двигателе линии статорного магнитного поля, проходя по замкнутому роторному контуру, производят электрическую движущую силу. То есть формируют свое поле. Взаимодействующие поля с равной полярностью создают вращающий момент ротора. Когда вращательные скорости магнитных полей выравниваются, в роторе прекращается формирование движущей силы. Итогом становится устремление вращающего момента к нулю. Когда частота движения ротора начинает тормозить относительно интенсивности вращения статорного поля, электрическая движущая сила снова вырабатывается.

Мнение эксперта
Карнаух Екатерина Владимировна
Закончила Национальный университет кораблестроения, специальность "Экономика предприятия"
В синхронном двигателе, когда ротор раскрутится до частоты вращения статорного поля, на полюсные катушки по щеточно-коммуникационному углу идет постоянное напряжение. Оно формирует в них стабильное магнитное поле. Из-за взаимного притяжения магнитных полюсов ротор вращается с синхронной частотой. Раскручиваться ротор может посредством дополнительного двигателя либо асинхронно при короткозамкнутом типе обмотки.

двигатель на столе

Сфера использования

Стабильная частота вращения обеспечивает широкое применение синхронного электродвигателя. Он становится:

  • источником сохранения напряжения в энергетике, стабилизации сети в аварийных случаях;
  • вращательным элементом сильных вентиляторов, компрессорных установок;
  • функциональной частью генераторов на электростанциях;
  • источником стабильной работы насосов;
  • движущим механизмом машиностроительных агрегатов.

Асинхронный двигатель – преимущественно бытовая машина, благодаря простой конструкции и эксплуатационным характеристикам. Для производственных целей используют 3-фазные электродвигатели. Асинхронные устройства ставят в:

  • бытовые и производственные вентиляторы, вытяжную и насосную технику;
  • стиральные машины;
  • автоматические задвижки;
  • садовую и строительную технику;
  • столярные станки;
  • электрический транспорт, лифты.

Реактивная мощность

Реактивная мощность негативно влияет на энергетическую систему. Значительное количество неактивного тока провоцирует возрастание расхода энергии, падение напряжения. А еще реактивность повышает нагрузку на линию электропередачи, в итоге приходится увеличивать сечение проводки. Поэтому специалисты по энергетике стараются компенсировать реактивную мощность.

Синхронный двигатель производит и сразу же расходует реактивную мощность. Ее значение определяется током в обмотке. В режиме полной нагрузки синхронное устройство не забирает мощность из сети, ток в обмотке статора предельно низкий.

Асинхронные двигатели – активные поглотители реактивной мощности. Они забирают до 40 % неактивного тока.

медь изнутри

Стоимость

Асинхронные двигатели обходятся дешевле благодаря упрощенной конструкции. Поэтому и применяются более широко.

Плюсы и минусы двигателей

Рассмотрим преимущества и недостатки обоих типов двигателей, чтобы проще было сделать выбор.

Электродвигатель Плюсы Минусы
синхронный высокая мощность; невосприимчивость к колебаниям напряжения в сети; независимость частоты вращения от нагрузки; значительный КПД необходим вспомогательный источник поступления постоянного тока; невозможность использования при частых запусках и остановках; сложный пуск ротора
асинхронный длительный эксплуатационный срок; стабильная работа при частых включениях и выключениях; универсальность эксплуатации; невысокая стоимость; функциональность без применения преобразователей слабый пусковой момент; значительная величина пускового тока; проблематичная регулировка скорости; чувствительность к скачкам напряжения; изменение скорости вращения при повышении нагрузки

Какой агрегат лучше?

Говорить, какой электродвигатель лучше, некорректно. Каждый подходит для определенных условий.

Синхронные устройства менее распространены, считаются промышленными, так как использовать их сложнее. Они требуют наличия вспомогательного источника тока и механизма, обеспечивающего пусковой момент. А еще синхронные электродвигатели быстрее изнашиваются, особенно быстро выходят из строя кольцеобразные контакты. Их высокая стоимость делает невыгодным использование в бытовых условиях. А вот в промышленности синхронные машины незаменимы, благодаря широкой вариативности коэффициента мощностей и стойкости к колебаниям напряжения.

Асинхронные двигатели более распространены. Они привлекательны простой конструкцией, эксплуатационным удобством, надежностью.

Сравнительная таблица

Сравним оба типа двигателя по основным параметрам.

Синхронный Асинхронный
частота вращения ротора и магнитного поля одинаковая неодинаковая
конструкция сложная упрощенная
функциональная мощность от 100 кВт менее 100 кВт
чувствительность к скачкам напряжения нет да
работа при частых включениях и выключениях нет да
стоимость высокая относительно невысокая

Итог – кратко простыми словами

Для чайников скажем просто: синхронные двигатели – для производства, асинхронные – для быта. Вторые долговечные, при умеренной нагрузке служат долго, следить за их состоянием не нужно.

А вот синхронные устройства требуют контроля износа. Если не заменить истертые детали, двигатель выйдет из строя, а то еще хуже – станет причиной возгорания.

Карнаух Екатерина Владимировна

Закончила Национальный университет кораблестроения, специальность "Экономика предприятия"

Оцените автора
Pohozhie
Добавить комментарий