Что означает асинхронный и синхронный двигатель

В чем разница асинхронного и синхронного двигателей

1. Различия в работе и стоимости
2. Основные достоинства и недостатки
3. Какой агрегат лучше

Электродвигатели можно разделить на две основные категории – синхронные и асинхронные (индукционные) двигатели. Эти два вида довольно сильно отличаются друг от друга. Разница уже видна в самих названиях. Отличить агрегаты можно по выбитому на шильдике количеству оборотов (если там не указан тип мотора), у ассинхронного мотора неокруглённое число (например, 950 об/мин), у синхронного округлённое (1000 об/мин).

Есть и другие важные различия, в этой статье мы рассмотрим наиболее показательные из них: конструктивные, рабочие и ценовые.

В чем преимущества асинхронных электродвигателей?

Асинхронные двигатели переменного тока проще и дешевле электродвигателей других типов, поэтому в настоящее время их применяют все чаще. При выборе асинхронного двигателя следует учитывать два фактора – к.п.д. преобразования энергии и тип исполнения агрегата.

К.п.д. В ряде стран законодательством установлена минимальная величина к.п.д. для электродвигателей приводов, однако многие производители изготавливают электродвигатели по более жестким стандартам Национальной ассоциации производителей электрооборудования США (NEMA). Если, выбирая электродвигатель, вы видите, что он соответствует стандарту NEMA Premium, то это гарантирует его высокий к.п.д., надежность и экономичность.

У электродвигателей обычного качества к.п.д. равен 75. 85%, у агрегатов высшего качества – 85. 95%. Как считают специалисты, агрегаты с высоким к.п.д. стоят намного дороже обычных, но если электродвигатель будет работать непрерывно, он окупится быстро. Кроме того, благодаря экономии энергии улучшается экологическая обстановка, на которую все больше обращают внимание в цивилизованных государствах.

Тип исполнения – важная характеристика при выборе электродвигателя. Существует пять основных исполнений асинхронных электродвигателей:

• ODP (Open drip proof) – «каплезащищенный электродвигатель открытого исполнения». Этот тип электродвигателей наиболее широко используют в промышленности. Они не оборудованы вентилятором и имеют проемы в корпусе, через которые внутрь может проникнуть грязь и влага, поэтому использовать такие электродвигатели рекомендуется только в закрытых помещениях;

• TEFC (Totally Enclosed Fan Cooled) – «закрытого типа с вентиляторным охлаждением». Эти двигатели оборудованы вентилятором, создающим поток воздуха через их корпус. Вентилятор герметизирован, и инородные частицы и жидкости не могут проникнуть в электродвигатель извне. Электродвигатели в исполнении TEFC часто применяют в конвейерах;

• TENV (Totally Enclosed Non-Ventilated Motor) – «закрытого типа без охлаждения». Эти электродвигатели также используются в подъемно-транспортном оборудовании складов, если есть внешний источник, создающий воздушный поток для охлаждения двигателя;

• TEBC (Totally Enclosed Blower-Cooled Motor) – «охлаждаемый обдувом». Эти двигатели комплектуют собственным вентилятором, но расположенным и управляемым снаружи. Электродвигатели типа TEBC обычно применяют в оборудовании высокой мощности: в подъемных кранах, лебедках и т. п. или в оборудовании, работающем с переменной скоростью, где электродвигатель иногда может работать с частотой вращения, близкой к нулю;

• EPFC (Explosion Proof Fan Cooled Motor) – «во взрывозащищенном исполнении с вентиляторным
охлаждением». Используются в условиях высокого содержания в воздухе горючих и взрывоопасных элементов, например, паров бензина, других нефтепродуктов, аммиака, угольной пыли и проч.

Возможности применения любого асинхронного электродвигателя расширяются благодаря использованию электропривода с частотным регулированием (VFD). Асинхронные электродвигатели традиционной конструкции работают с постоянной частотой. Электропривод с частотным регулированием позволяет менять скорость двигателя и всей машины. В складском подъемно-транспортном оборудовании электроприводы с частотным регулированием позволяют максимально увеличивать скорость в «пиковые» периоды работы и снижать в другое время, благодаря чему экономится энергия и средства.

Отличие в характеристиках электродвигателей

Конструктивные особенности и рабочие характеристики электродвигателей имеют решающее значение при выборе агрегатов. От этого зависит проектирование трансмиссий и всех силовых узлов механизмов. При выборе двигателя нужно опираться на общность и главные отличия в свойствах машин:

• Главное отличие синхронного от асинхронного двигателя заключается в конструкции ротора. Он представляет собой постоянный или электрический магнит. У асинхронника магнитные поля в роторе наводятся с помощью электромагнитной индукции.
• У синхронных двигателей частота вращения вала постоянна, у асинхронников она может изменяться при изменении нагрузки.
• У синхронников отсутствует пусковой момент. Для входа в синхронизацию требуется применять асинхронный пуск.

Синхронный и асинхронный электродвигатели находят каждый своё применение. Синхронные двигатели рекомендуется использовать везде при высоких мощностях, где присутствует непрерывный производственный процесс и не нужно часто перезапускать агрегаты или регулировать частоту вращения. Они используются в конвейерах, прокатных станах, компрессорах, камнедробилках и т. д. Современный синхронный электродвигатель имеет такой же быстрый запуск, как и асинхронный, но он меньше и экономичнее, чем асинхронный, равный по мощности.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором применяются там, где нужен большой пусковой момент и частые остановки агрегатов. Например, в лифтах и башенных кранах. Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором получили широкое применение из-за простоты устройства и удобства в эксплуатации.

Используя достоинства разных агрегатов и то, чем отличается синхронный двигатель от асинхронного, можно делать обоснованный выбор того или иного мотора при проектировании машин, станков и другого оборудования.

Объяснение принципа работы синхронного электродвигателя для «чайников»

С детства мы помним, что два магнита, если их приблизить друг к другу, в одном случае притягиваются, а в другом отталкиваются. Происходит это, в зависимости от того, что какими сторонами магнитов мы их соединяем, разноимённые полюса притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Это – постоянные магниты, у которых магнитное поле присутствует постоянно. Существуют и переменные магниты.

В школьном учебнике по физике есть рисунок, где изображён электромагнит в виде подковы и рамка с полукольцами на концах, которая расположена между его полюсами.

При расположении рамки в горизонтальном положении в пространстве между полюсами магнитов, из-за того, что магнит притягивает разноимённые полюса и отталкивает одноимённые, на рамку подаётся ток, одинакового знака. Вокруг рамки появляется электромагнитное поле (вот пример переменного магнита!), полюса магнитов притягивают рамку, и она поворачивается в вертикальное положение. При достижении вертикали, на рамку подаётся ток противоположного знака, электромагнитное поле рамки меняет полюсность, и полюса постоянного магнита начинают отталкивать рамку, вращая её до горизонтального положения, после чего цикл вращения повторяется.

В этом заключается принцип работы электродвигателя. Причём, примитивного синхронного электродвигателя!

Ротор синхронного электродвигателя будет вращаться с такой же частотой, с какой меняется ток, подаваемый на клеммы обмотки, т.е. синхронно. Отсюда название этого электродвигателя.

Электродвигатели – лифтовые, синхронные, многоскоростные

Лифтовые электродигатели

Двигатели для привода лифтов предназначены для привода лебедок пассажирских, грузовых и грузопассажирских лифтов промышленных, административных и жилых зданий.

Электродвигатели производятся для различных климатических зон, включая тропики и север. Электродвигатели имеют много модификаций по категориями размещения, способу монтажа, климатическому исполнению, электрическим и прочим характеристикам.

Лифты со скоростью передвижения не более 1,4 м/с приводятся в движение лифтовыми асинхронным электродвигателями специального назначения короткозамкнутым ротором трехфазного тока. Такие оборудования являются простыми по устройству и не требуют особого ухода при эксплуатационных работах. Электродвигатель для лифтов состоит из магнитопроводов, которые набраны из листов электрической стали, которые располагаются внутри корпуса.

Статорная обмотка двигателя, которая состоит из изолированных медных проводов, укладывается в пазы магнитопровода. Для прочности на статорную обмотку нанесен изоляционный лак. Ротор асинхронного электродвигателя для лифтовой лебедки имеет цилиндрическую форму и состоит из жестко укрепленного на вал электродвигателя магнитопровода и обмотки.

Цилиндрический магнитопровод ротора набран из изолированных листов электротехнической стали. Вдоль магнитопровода сделаны пазы, в которых размещена роторная обмотка. Вращение ротора происходит в опорных подшипниках качения, которые установлены в переднюю и заднюю крышки. В лифтостроение используют односкоростные или двухскоростные асинхронные лифтовые двигатели.

Синхронный электродвигатель

Синхронным электродвигателем называют синхронную машину, которая работает в режиме двигателя, скорость вращения которой тесно связана с постоянным отношением с частотой сети переменного тока, куда этот аппарат включен. Синхронные машины являются генераторами переменного тока. Синхронные двигатели используются во всех случаях, когда необходим двигатель, который работает при постоянной скорости и для получения регулируемого реактивного тока устанавливают синхронные компенсаторы.

Синхронные электродвигатели широко используются для самых различных видов привода, которые работают с постоянной скоростью: для эксгаустеров, крупных вентиляторов, генераторов постоянного тока, насосов, компрессоров и т.д. Характерной и важной особенностью синхронного электродвигателя по сравнению с асинхронным электродвигателем является то, что есть возможность регулирования реактивного тока у него путем изменения постоянного тока возбуждения.

Асинхронный электродвигатель

Асинхронный электродвигатель – это асинхронная электрическая машина, которая служит для преобразования электрической энергии в механическую. Принцип работы такого электродвигателя основан на взаимодействие вращающегося магнитного поля, возникающее при прохождение трехфазного переменного тока по обмотке статора с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора и в результате всего того возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля. Асинхронный двигатель является самым распространенным среди двигателей переменного тока.

Многоскоростные электродвигатели

Многоскоростными электродвигателями являются асинхронные электрические машины переменного тока и имеют несколько ступеней частоты вращения. Они могут имеет четыре, три, две частоты вращения, изменяющиеся переключением обмотки на другое число полюсов. Габаритные (присоединительные) размеры многоскоростных асинхронных электрических двигателей полностью соответствует таким же размерам общепромышленных электродвигателей.

Асинхронный многоскоростной электродвигатель является универсальным устройством, нашедшим применение в различных областях хозяйства: деревообрабатывающие и металлорежущие станки; грузовые и пассажирские лифты; приводы вентиляторов и электронасосов и т.д. Многоскоростные электродвигатели применяются для приводов механизмов, которые требуют ступенчатого регулирования частоты вращения.

Электродвигатели для железнодорожного транспорта

Электродвигатели постоянного тока для железнодорожного транспорта используется для отопительных и вентиляционных систем пассажирских вагонов; для масляных и топливных насосов, для вентиляторов маневровых тепловозов; для контролеров и компрессоров электровозов; для компрессоров, которые обеспечивают подъем токоприемников электропоездов и электровозов.

Данные электродвигатели предназначены для длительной работы в условиях тропического, морского и умеренного климата. Тяговые двигатели постоянного тока используются для привода колёсных пар пассажирских электровозов, грузовых магистральных электропоездов постоянного тока.

Поддержка

Двигатель наизнанку: сравнение двигателей из Европы, Азии и России

Все познается в сравнении. Мы разобрали до винтика три электродвигателя из Европы, Азии и России, проанализировали уровень исполнения их основных узлов, качество сборки и теперь готовы рассказать о недостатках и преимуществах каждого образца, а также о том, на чем можно сэкономить, а на чем – не стоит.

Встречают по одежке

Первое, на что мы обратили внимание – надежность крепления щита к станине и удобство обслуживания. Лидером в этой номинации стал двигатель российского производства, у которого, в отличие от конкурентов, в силу особенности конструкции отсутствует резиновый уплотнитель на переднем щите, а значит – нет необходимости в его замене и использовании смазки.

Наиболее проблемным оказался двигатель из Азии. В результате небрежности краска попала на резиновую прокладку крышки коробки выводов, а это ухудшает ее эластичность, снижает уровень защиты оболочки от воздействий окружающей среды (IP), и есть риск, что электродвигатель, работая, как пылесос, будет втягивать через неплотные соединения пыль и влагу.

Азиатский мотор проигрывает и в том, что на нем установлена коробка выводов из штампованной стали. Резьбовая часть для крепления крышки здесь короткая, и после нескольких затяжек резьба может «слететь». У образцов российского и европейского производства коробка выводов и ее крышка более надежные – литые.

Размер имеет значение

Отечественные производители, опираясь на достижения советской школы в области оптимизации электромагнитных параметров, делают большие диаметры бочки ротора, чем те, кто осуществляет еврораскрой электротехнической стали: мощность двигателя прямо пропорциональна квадрату диаметра бочки ротора. Соответственно, увеличиваются сервис-фактор и максимальный момент. Больший диаметр вала исключает возможность прогиба, что обеспечивает равномерность воздушного зазора, а следовательно, уменьшает шум и вибрацию.

Диаметр подшипников у российского двигателя тоже больше, чем у зарубежных конкурентов. Это означает, что его подшипниковый узел может выдерживать большие нагрузки.

Экономия или качество

Двигатели из России и Европы отличаются более высоким коэффициентом заполнения паза медью. Благодаря увеличению эквивалентной теплопроводности паза обмотка не перегревается. В азиатском двигателе пазы «дозаполнены» деревянными щепками. Это позволяет существенно сэкономить на материале, но крайне негативно сказывается на качестве изоляции в целом, поскольку в процессе эксплуатации под воздействием различных факторов, особенно высоких температур, деревянная щепа может быстро иссохнуть и растрескаться. Соответственно, снижается плотность заполнения паза, возрастает вероятность повреждения обмотки.

Преимуществом двигателей российского и европейского производства является также высококачественная пропитка компаундом.

Говоря о качестве и надежности исследуемых образцов, надо отметить, что станины двигателей, сделанных в Азии и Европе, имеют внутренний замок. Вследствие этого стружка при механической обработке может попасть в обмотку и на замок статора, появятся перекосы при установке подшипниковых щитов, которые неизбежно повлекут за собой выход подшипников из строя.

Скупой платит дважды

По качеству российские электродвигатели соответствуют европейским и при этом отличаются более доступной ценой. Азиатские аналоги еще дешевле, но они не могут составить конкуренцию по качеству за счет экономии на используемых материалах.

Цена напрямую зависит от применяемых компонентов и затраченных материалов. Золотое правило для двигателей до 132-й высоты оси вращения включительно: качество можно определить по доле меди в общем весе машины, чем её больше — тем лучше!

Самый главный фактор при выборе машины – энергоэффективность. Высокая энергоэф-фективность снижает затраты на электроэнергию, которые составляют основную долю стоимости владения электродвигателем. Поэтому более высокая стоимость энергоэффективной электрической машины окупается в процессе эксплуатации. Не стоит забывать, что в цене также заложены издержки на материалы и комплектующие, а качественные компоненты не могут стоить дешево.

СЧИТАЕМ РЕАЛЬНЫЕ ЗАТРАТЫ

Доля цены в стоимости владения

Время безотказной работы общепромышленного электродвигателя 315-й высоты оси вращения мощностью 160 кВт по техническим условиям составляет 20 000 часов, его цена равна 203 280 руб., КПД — 95,3%. Среднюю стоимость электроэнергии возьмем равной 4 руб./кВт.

20 000 х 160 : 0,953 x 4 + 203 280 = 13 634 550 руб.

Стоимость владения этим двигателем в течение 20 000 часов составит больше 13 600 000 рублей.

Как видно из данного расчета, стоимость покупки двигателя составляет всего лишь 1,5% от совокупных затрат за срок его безотказной работы.

Что выбрать — IE1 или IE2

Сравним общепромышленные двигатели IE1 и IE2 классов энергоэффективности с одинаковой мощностью в 18,5 кВт.

Двигатель класса IE1 обладает КПД в 89,3%, а класса IE2 – 91,5%. Разница в цене при покупке этих двигателей – 5 390 рублей. Казалось бы, различие в 2,2% КПД не столь существенно для такой малой мощности, однако разница в цене при покупке электродвигателя класса IE2 возвращается менее чем через 4 месяца:

(18,5 : 0,893 – 18,5 : 0,915) х 4 = 1,99 руб.
1,99 руб. в час экономит двигатель IE2, по сравнению с двигателем IE1.
5390 / 1,99 = 2708 часов = 3 месяца и 20 дней

3 месяца и 20 дней – срок возврата разницы в цене между двигателями класса IE2 и IE1. Более того, за 20 000 часов безотказной работы электродвигатель класса IE2, по сравнению с двигателем IE1, сэкономит 39 800 руб. на электроэнергии. А это значит, заработает больше, чем на новый аналогичный электродвигатель.

Энергоэффективные двигатели класса IE2 в среднем окупают свою стоимость менее чем за 2 года.

Вариаторы частоты для асинхронных двигателей

трехфазовый вариатор частоты AxiaVert

Мощность: 250 W — 15 000 W

. AxiaVert: просто умнее! Новая серия Bonfiglioli AxiaVert предназначена для обеспечения большой гибкости и высочайшего уровня производительности, что делает ее пригодной для широкого спектра применений в различных секторах, таких как .

вариатор частоты с векторным управлением ACTIVE series

Мощность: 550 W — 132 000 W
Частота на выходе: 50, 60 Hz

. Серия Bonfiglioli Active содержит гибкие преобразователи частоты, которые являются универсальными и простыми в использовании. Этот продукт отличается высокой производительностью и непревзойденными преимуществами в масштабируемости и компактных .

трехфазовый вариатор частоты AGILE series

Мощность: 120 W — 11 000 W
Частота на выходе: 0 Hz — 599 Hz

. Серия Agile инверторов Bonfiglioli устанавливает новые стандарты в технологии для широкого круга пользователей. Инверторы Agile особенно хорошо подходят для пищевой, текстильной, деревообрабатывающей, упаковочной и керамической промышленности, .

синхронный вариатор частоты SK 300P

Мощность: 310, 430, 640, 950 W
Интенсивность: 1, 2 A

• Мощность: до 0,95 кВт • Степень защиты: IP55, IP66 • Монтаж на стену или на двигатель • Связь Ethernet для интеграции • Решение «подключай и работай» для быстрого ввода в действие • Компактная конструкция для оптимизации монтажного .

трехфазовый вариатор частоты SK 500E

Мощность: 250 W — 160 000 W
Частота на выходе: 0 Hz — 400 Hz

NORDAC PRO является универсальным и имеет высокую точность регулировки путем регулирования вектора тока. Кроме того, он подходит для работы в разомкнутом или замкнутом контуре и обеспечивает 4-квадрантный режим работы. STO и SS1 гарантируют .

трехфазовый вариатор частоты SK 250E

Мощность: 750 W — 7 500 W

NORDAC LINK – идеальный привод для установки в полевых условиях. Это периферийное распределительное устройство оснащено многочисленными опциями, например сервисным выключателем, и очень простое в обслуживании. Кроме того, все вводы/выводы .

цифровой вариатор частоты COMBIVERT F6

Мощность: 4 000 W — 450 000 W
Интенсивность: 9 500 mA — 710 000 mA

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПРИВОД COMBIVERT F6 COMBIVERT F6 — эволюция универсальных преобразователей частоты от KEB, что означает внедрение самых передовых аппаратных и программных разработок. Ключевые особенности • Номинальный ток электродвигателя .

цифровой вариатор частоты COMBIVERT G6

Мощность: 750 W — 30 000 W

. КОМБИВЕРТ G6 COMBIVERT G6 — это преобразователь частоты для управляемых приложений в диапазоне мощностей от 0,75 кВт до 30 кВт. COMBIVERT G6 управляет как асинхронными двигателями переменного тока, так и синхронными серводвигателями — .

цифровой вариатор частоты COMBIVERT F5

Мощность: 370 W — 900 000 W

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПРИВОД COMBIVERT F5 COMBIVERT F5 — серия исключительно надежных и универсальных преобразователей частоты с максимально широким набором возможных применений: от насосов и компрессоров до высокоскоростной обработки материалов .

вариатор частоты крепление на панели NEO-WiFi-22

Мощность: 22 000 W

вариатор частоты с векторным управлением VT2 series

Мощность: 400 W — 18 500 W
Интенсивность: 3 A — 38 A
Частота на выходе: 50 Hz

. Серия VT2 Бессенсорное векторное управление Приводы с переменной скоростью вращения Высокопроизводительные инверторы VT2 380В VT2 серия преобразователей частоты является высококачественным и простым VF управлением инвертора, он может .

монофазовый вариатор частоты VT2 series

Мощность: 750, 1 500, 2 200 W
Интенсивность: 4, 7, 10 A
Частота на выходе: 1 kHz — 16 kHz

. Стандартный инвертор серии VT2 220В Инвертор серии 220В VT2 0.75KW-2.2KW 220-вольтовые однофазные приводы с регулируемой частотой вращения Однофазный инвертор VTdrive 220V — это наш новый преобразователь частоты для двигателей общего .

вариатор частоты с векторным управлением VT2-4T

Мощность: 750 W — 500 000 W
Интенсивность: 3 A — 955 A
Частота на выходе: 0 Hz — 300 Hz

. В общей серии VT2-4T используются высокопроизводительные технологии векторного управления, низкая скорость и высокий крутящий момент на выходе, с хорошими динамическими характеристиками, превосходной перегрузочной способностью, богатыми .

вариатор частоты с векторным управлением DB1 Cold Plate

Мощность: 370 W — 4 000 W

. DB1 представляет собой частотный преобразователь холодной пластины, который работает без радиатора. Но как работает технология? Все просто. Охлаждение электроники осуществляется за счет материалов, находящихся в самом корпусе. Благодаря .