Nowoczesne synchroniczne silniki odrzutowe

Zasada działania synchronicznego silnika odrzutowego

W synchronicznych silnikach strumieniowych zasada tworzenia momentu obrotowego wirnika nieco różni się od asynchronicznych i tradycyjnych silników synchronicznych. Tutaj decydującą rolę przypisuje się samemu rdzeniu wirnika.

Wirnik silnika synchronicznego strumieniowego nie ma uzwojenia, nawet jeśli nie ma na nim uzwojenia zwarciowego. Zamiast tego rdzeń wirnika jest wysoce niejednorodny pod względem przewodności magnetycznej: przewodność magnetyczna wzdłuż wirnika różni się od przewodności magnetycznej w poprzek. Dzięki temu niezwykłemu podejściu nie ma potrzeby stosowania zarówno uzwojenia wirnika, jak i magnesów trwałych.

W przypadku stojana uzwojenie stojana silnika synchronicznego strumieniowego może być skoncentrowane lub rozłożone, podczas gdy rdzeń stojana i obudowa pozostają normalne. Cała cecha tkwi w wysoce niejednorodnym rdzeniu wirnika.

Trzy główne typy wirników są charakterystyczne dla synchronicznych silników odrzutowych: wirnik z warstwami poprzecznymi, wirnik z wyraźnymi biegunami i wirnik z warstwą osiową.

Fizyka tego procesu jest następująca. Prąd przemienny jest dostarczany do uzwojeń stojana i tworzy wirujące pole magnetyczne wokół wirnika, które jest maksymalne w szczelinie powietrznej między stojanem a wirnikiem. Moment obrotowy uzyskuje się dzięki temu, że wirnik cały czas próbuje się obracać, tak aby opór magnetyczny dla strumienia magnetycznego wytwarzanego przez stojan był minimalny.

Maksymalny moment obrotowy jest wprost proporcjonalny do różnicy między indukcyjnością wzdłużną i poprzeczną, a im większa ta różnica, tym większy jest moment obrotowy wirnika.

Aby zrozumieć tę zasadę, zwracamy się do postaci. Obiekt anizotropowy 1 ma różne przewodnictwo magnetyczne wzdłuż osi a i b. W tym przypadku obiekt izotropowy 2 ma taką samą przewodność magnetyczną we wszystkich kierunkach. Pole magnetyczne przyłożone do obiektu 1 generuje moment obrotowy, gdy kąt między osią b i liniami indukcji magnetycznej B nie jest równy zero. Gdy istnieje niezerowy kąt, obiekt 1 zniekształca przyłożone pole magnetyczne B, a kierunek zniekształcenia będzie zgodny z osią a obiektu 1.

Sinusoidalne pole magnetyczne wytworzone w synchronicznym silniku odrzutowym przez uzwojenie stojana obraca się z pewną synchroniczną częstotliwością kątową i dlatego zawsze będzie moment obrotowy, który ma tendencję do przywracania systemu do stanu o najniższej całkowitej energii potencjalnej.

Oznacza to, że moment obrotowy zawsze będzie dążył do zmniejszenia zniekształceń pola magnetycznego stojana w kierunku osi, poprzez zmniejszenie kąta między liniami indukcyjnymi B i osią b. Tak więc, jeśli sterowanie silnikiem ma na celu utrzymanie stałości tego kąta, wówczas energia mechaniczna będzie stale uzyskiwana z elektromagnetycznego.

Tak więc prąd uzwojenia stojana zapewnia namagnesowanie z istnieniem momentu obrotowego mającego na celu wyeliminowanie zniekształceń pola, a poprzez kontrolowanie fazy prądu zgodnie z pozycją wirnika w obracającym się układzie współrzędnych (zgodnie z wartością kąta odkształcenia) uzyskuje się kontrolę momentu obrotowego synchronicznego silnika strumieniowego.

Synchroniczne silniki strumieniowe dzisiaj

Wiodący światowi producenci silników elektrycznych wykazują szczególne zainteresowanie synchronicznymi silnikami strumieniowymi, chociaż pierwsze wersje zostały opatentowane pod koniec XIX wieku. Faktem jest, że sprawność synchronicznych silników strumieniowych zasadniczo znacznie przekracza Wydajność popularnych silników indukcyjnychnie wspominając o gęstości mocy.

Wirnik nie ma strat energii, ale zwykle wirnik odpowiada za około 30 procent strat. Zwiększa to żywotność silnika elektrycznego - zmniejsza szkodliwe ciepło. Masa synchronicznego silnika odrzutowego i jego wymiary są o 20% mniejsze niż masy asynchronicznej tej samej mocy.

Ponowne zainteresowanie dzisiejszymi synchronicznymi silnikami strumieniowymi wiąże się przede wszystkim z szerokimi możliwościami nowoczesnego modelowania komputerowego, które pozwalają znaleźć najskuteczniejsze wersje wirników i stojanów - badania naukowe są bardziej produktywne, a wydajność współczesnych wersji synchronicznych silników strumieniowych wynosi już 98% tak jak w przypadku wersji asynchronicznych, wydajność tradycyjnie nie przekracza 90%.

Synchroniczne silniki odrzutowe są dziś produkowane na bazie silników asynchronicznych, a przy tych samych wymiarach i wymiarach montażowych uzyskuje się wyższą sprawność, uzyskuje się wyższą moc właściwą.

Zalety i wady

Wykonany z cienkiej blachy elektrycznej wirnik silnika synchronicznego strumieniowego ma prostą i niezawodną konstrukcję bez zwarciowego uzwojenia i bez magnesów, dlatego prądy powodujące szkodliwe nagrzewanie są eliminowane w wirniku - zwiększa się żywotność, a brak magnesów zmniejsza koszt produktu, w tym minimalizuje zmniejszone koszty konserwacji .

Ze względu na względną lekkość wirnika jego własny moment bezwładności jest niski, więc silnik szybciej przyspiesza do prędkości nominalnej, co prowadzi do oszczędności energii.

Przemiennik częstotliwości jako regulator prędkości sprawia, że ​​sterowanie silnikiem jest bardzo elastyczne w szerokim zakresie prędkości roboczych. Jeśli chodzi o wady, jest tylko jeden: potrzeba przetwornicy częstotliwości.

Zastosowanie przetwornicy częstotliwości z aktywną korekcją współczynnika mocy pozwala uzyskać maksymalny współczynnik mocy systemu, co jest bardzo ważne w każdej nowoczesnej produkcji.