Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного?

Асинхронный двигатель является наиболее простым вариантом электрической машины. Принцип работы асинхронного двигателя заключается в том, что по периметру цилиндрического статора расположены обмотки, подключаемые к трем фазам электрической сети. При периодической смене напряжения в фазах пик синусоиды напряжения поочередно притягивает полюса ротора к соответствующей обмотке. За счет разницы между периодами напряжения в фазах происходит поступательное движение ротора асинхронного двигателя по кругу.

Но в асинхронном двигателе существует небольшая разница между моментом подачи напряжения на обмотки двигателя и началом вращения ротора. То есть магнитное поле асинхронной электрической машины вращается с определенной разницей в сравнении с вращением ротора. Также существует влияние подключаемой к ротору нагрузки на его вращение, что привносит свои коррективы в общую картину.

Но в определенных устройствах такой принцип работы является неприемлемым, поэтому из асинхронного двигателя возникла усовершенствованная конструкция – синхронный двигатель. Который имеет вспомогательные элементы, которые выравнивают частоту вращения ротора электрической машины с частотой вращения магнитного поля статора. Поэтому основное отличие синхронной электрической машины от асинхронной заключается, как в конструктивных особенностей, так и в принципе взаимодействия ротора со статором.

Ротор синхронного двигателя обладает собственным магнитным полем за счет тока в его обмотке, создаваемого внешним источникам. Это магнитное поле заставляет ротор двигаться вслед за вращающимся магнитным полем статора как привязанному на жесткой сцепке.

Обмотка ротора асинхронного двигателя не имеет внешнего источника питания и собственного магнитного поля. Она представляет собой короткозамкнутый контур - "беличью клетку". Ток в обмотке ротора возникает при движении ее в магнитном поле. Поэтому скорость вращения ротора никогда не может быть равна скорости вращения магнитного поля статора, т.к. в этом случае магнитное поле относительно обмотки ротора будет неподвижным и:

• эдс в ней наводится не будет,

• тока не будет,

• магнитного поля не будет,

• взаимодействия магнитных полей не будет,

• вращающего момента тоже не будет.

Ротор начнет тормозить, магнитное поле его опережать и все сразу появится.

Ротор синхронного двигателя строго "следует" за бегущим магнитным полем! Здесь определение "строго следует", подразумевает, что ротор вращается синхронно с фазой вращающего магнитного поля. То есть он не просто "вращается с той же частотой", но и ориентирован в этом вращающем его магнитном поле, синфазно!

А вот асинхронный двигатель не имеет постоянной ориентации во вращающем его магнитном поле и никакой синхронности, по отношению к этому полю, у него нет. Более того, частота его вращения не равна частоте вращающего магнитного поля.

По аналогии. Вы сидите в центре карусели на стуле, привинченном к полу карусели. В этом случае, вы вращаетесь СИНХРОННО с каруселью и, относительно полу карусели, всегда смотрите на одну и ту же сторону карусели.

Напротив, если вы сидите на стуле, который установлен на поплавках в ванне, в центре карусели, то вы, тоже, вращаетесь вместе с каруселью, но ...уже АСИНХРОННО! И, относительно пола карусели, тоже как бы немного вращаетесь. Соответственно, при асинхронном вращении, вы не смотрите в одну и ту же сторону карусели, а как бы постоянно "проскальзываете" против вращения. Вот! , в асинхронных двигателях еще есть термин "коэффициент проскальзывания (или, скольжения) ротора, в зависимости от нагрузки"!

Основное конструктивное отличие синхронного двигателя от асинхронного заключается в том, что у синхронного двигателя вектор магнитного поля ротора физически "зафиксирован" в статоре с помощью сильных магнитов, которые и определяют его более высокую стоимость по сравнению с асинхронным двигателем той же мощности.

У асинхронного же вектор магнитного поля ротора, вращаясь за полем статора, "проворачивается" и относительно ротора, что усложняет управление скоростью и моментом, развиваемыми двигателем. Для точного контроля скорости, а тем более положения вала, применяют специальные датчики скорости/положения, что усложняет систему. Так называемый векторный (бездатчиковый) способ управления асинхронным двигателем решает проблему лишь частично, существенно повышая стоимость преобразователя. При векторном способе управления асинхронным двигателем программным обеспечением преобразователя строится так называемая "математическая модель" двигателя, по которой преобразователь приближенно "вычисляет" действительную скорость вращения ротора двигателя и осуществляет управление ею.

Гораздо проще (и точнее) управление осуществляется в случае с синхронным двигателем, так как магнитный вектор ротора неподвижен относительно него, а вращение магнитного вектора ротора контролируется преобразователем относительно просто.

Зато асинхронный двигатель значительно дешевле синхронного.

К асинхронным двигателям можно применить регулятор скорости его вращения. Если такой двигатель установлен для вращения вентилятора, его производительность меняется относительно легко различными типами регуляторов скорости.

Синхронные двигатели, практически не имеют никакого диапазона регулировки и предназначены для работы с постоянной скоростью.