Синхронный электродвигатель: характеристики, устройство и принцип действия
Содержание
- Устройство синхронного электродвигателя
- Принцип работы синхронного электродвигателя
- Характеристики синхронного электродвигателя
Синхронный электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Его также можно использовать в качестве генератора. Чаще всего он применяется в компрессорах, прокатных станках, поршневых насосах и другом подобном оборудовании. Рассмотрим принцип действия синхронного электродвигателя, его характеристики и свойства.
Устройство синхронного электродвигателя
Строение агрегата данного вида типично. Двигатель состоит из:
- Неподвижной части (якорь или статор).
- Подвижной части (ротор или индуктор).
- Вентилятора.
- Контактных колец.
- Щеток.
- Возбудителя.
Статор представляет собой сердечник, состоящий из обмоток, который заключен в корпус. Индуктор комплектуется электромагнитами постоянного тока (полюсами). Конструкция индуктора может быть двух видов – явнополюсная и неявнополюсная. В статоре и роторе расположены ферромагнитные сердечники, изготовленные из специальной электротехнической стали. Они необходимы для уменьшения магнитного сопротивления и улучшения прохождения магнитного потока.
Частота вращения ротора в синхронном двигателе равна частоте вращения магнитного поля. Независимо от подключаемой нагрузки частота ротора неизменна, так как число пар полюсов магнитного поля и ротора совпадают. Их взаимодействие обеспечивает постоянную угловую скорость, не зависящую от момента, приложенного к валу.
Принцип работы синхронного электродвигателя
Самые распространенные типы такого рода агрегатов – однофазный и трехфазный. Принцип работы синхронного электродвигателя в обоих случаях примерно одинаков.
В трехфазном устройстве проводники расположены под определенным углом относительно друг друга. В них возбуждается вращающееся с синхронной скоростью электромагнитное поле.
Разгон двигателя может осуществляться в двух режимах:
- Асинхронный. Обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата. Вращающееся магнитное поле, возникающее при включении напряжения, пересекает короткозамкнутую обмотку, установленную на роторе. В ней индуцируются токи, взаимодействующие с вращающимся полем статора.
- С помощью вспомогательного двигателя. Для этого синхронный двигатель механически соединяется со вспомогательным (двигателем постоянного тока либо трехфазным индукционным двигателем). Постоянный ток подается только после того, как вращение двигателя достигает скорости, близкой к синхронной. Магнитное поле замыкается, и связь со вспомогательным двигателем прекращается.
Характеристики синхронного электродвигателя
Хотя асинхронные двигатели считаются более надежными и дешевыми, их синхронные «собратья» имеют некоторые преимущества и широко применяются в различных областях промышленности. К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:
- Работу при высоком значении коэффициента мощности.
- Высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности.
- Сохранение нагрузочной способности даже при снижении напряжения в сети.
- Неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.
- Экономичность.
Синхронным двигателям также присущи некоторые недостатки:
- Достаточно сложная конструкция, делающая их производство дороже.
- Необходимость источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя).
- Сложность пуска.
- Необходимость корректировать угловую частоту вращения путем изменения частоты питающего напряжения.
Однако в некоторых случаях использование синхронных двигателей предпочтительнее:
- Для улучшения коэффициента мощности.
- В длительных технологических процессах, где нет необходимости в частых запусках и остановках.
Таким образом, «плюсы» двигателей такого типа значительно превосходят «минусы», поэтому на данный момент они высоко востребованы.
Изучив синхронный двигатель, устройство и принцип его действия и учтя условия, в которых он будет эксплуатироваться, вы сможете быстро и с легкостью подобрать оптимально подходящий для ваших целей тип агрегата (защищенный, закрытый, открытый) и использовать его с максимальной эффективностью.
Одноцилиндровый двигатель — простейший вариант
Техпомощь на дороге
КРУГЛОСУТОЧНО 24/7
+7 (915) 045-51-51
+7 (926) 778-63-41
Единый Городской Номер
диспетчер: +7 (495) 205-63-48
КРУГЛОСУТОЧНО 24/7
+7 (915) 045-51-51
+7 (926) 778-63-41
Начнем с рассмотрения работы простейшего одноцилиндрового двигателя.
Такой двигатель состоит из цилиндра, коленчатого вала, поршня с шатуном и головки цилиндра. Поршень плотно установлен в цилиндре, как снаряд в стволе пушки.
Полость между поршнем и головкой блока называется камерой сгорания.
В ней и происходит все «волшебство».
В определенный момент (подробнее об этом чуть ниже) в камеру сгорания подается горючая смесь, состоящая из топлива и воздуха в нужной пропорции. Она так и называется — топливовоздушная смесь.
Чтобы горючая смесь смогла попасть в камеру сгорания, в ней необходимо иметь отверстие. Такое отверстие выполнено в головке цилиндра. Есть также второе отверстие, которое служит для выпуска отработавших газов.
Во время рабочего хода (см. ниже) оба отверстия должны быть плотно закрыты, иначе газы не будут давить на поршень, а выйдут через отверстия. Для этого служат клапаны. Клапан, закрывающий отверстие для впуска, называется впускным, а второй, закрывающий отверстие для выпуска, — соответственно выпускным. Из следующей главы можно будет узнать назначение и устройство газораспределительного механизма двигателя, для чего нужен ремень газораспределительного механизма.
Далее смесь поджигается. А в одной из следующих глав можно будет узнать описание работы системы охлаждения двигателя, а именно современного двигателя внутреннего сгорания.
В бензиновом двигателе для этого используется искра, получаемая между электродами свечи зажигания под действием электрическою разряда. Для создания разряда служит система зажигания, которую мы более подробно рассмотрим чуть ниже.
В дизельном двигателе смесь дизельного топлива и воздуха самовоспламеняется от сжатия. Что такое сжатие вы узнаете буквально через несколько абзацев, а пока поверьте на слово, что и в дизеле смесь загорелась.
Горение смеси подобно взрыву, оно скоротечно и происходит с большим выделением энергии. Как и в случае взрыва пороха в пушке, происходит газообразование, в камере сгорания резко возрастает давление.
Под действием этого давления поршень начинает движение вниз.
Дальше, как говорится, дело техники. Простейший кривошипно-шатунный механизм, знакомый человечеству еще по паровым двигателям, преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала двигателя. Роль кривошипа играет колено коленчатого вала.
Все происходящее в цилиндре в то время, когда коленчатый вал совершает два полных оборота (поворот на 720 градусов), называется рабочим циклом.
За время рабочего цикла поршень успевает сделать два хода вниз и два хода вверх. Рабочий процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.
В рассматриваемом случае рабочий цикл состоит из четырех тактов:
- впуск топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
- сжатие смеси;
- рабочий ход вследствие расширения газов;
- выпуск отработавших газов из камеры сгорания.
Давайте подробно рассмотрим все такты бензинового двигателя. Эта информация является общей и для одноцилиндрового двигателя, и для многоцилиндрового.
Впуск топливовоздушной смеси начинается, когда поршень находится в верхнем положении. Во время движения поршня вниз, за счет разрежения происходит наполнение цилиндра смесью. За создание смеси отвечает система питания.
К моменту, когда поршень достигает нижнего положения, впускной клапан также закрывается.
Пройдя нижнее положение, поршень начинает движение вверх, происходит сжатие смеси. Поскольку объем занимаемый смесью, с движением поршня сокращается (оба клапана закрыты и ей некуда деться из цилиндра), происходит увеличение давления. Соответственно, возрастает температура. Смесь подготавливается к воспламенению.
Когда поршень находится в верхнем положении, свеча зажигания искрой поджигает сжатую смесь. За создание искры отвечает система зажигания. Она также будет рассмотрена ниже. Горение сопровождается интенсивным выделением тепла и возрастанием давления. Впускной и выпускной клапаны закрыты и под действием давления поршень снова начинает двигаться вниз. Происходит рабочий ход.
Далее поршень проходит нижнее положение и снова устремляется вверх. В этот момент открывается выпускной клапан, чтобы отработавшие газы смогли выйти из цилиндра и освободить место для следующей порции топливовоздушной смеси.
В дизельном двигателе рабочий процесс протекает практически также. Есть только два важных отличия.
Во-первых, воздух и топливо поступают не в виде смеси, а отдельно. Для подачи топлива служит форсунка.
Во-вторых, воспламенение топлива происходит без искры, системы зажигания у дизеля нет. При такте сжатия происходит более интенсивное сжатие поступившего воздуха. В результате воздух нагревается еще сильнее, чем в бензиновом моторе. В начале рабочего хода форсунка впрыскивает топливо, и оно воспламеняется от разогретого на предыдущем такте воздуха.
Во время рабочего хода и в бензиновом и в дизельном двигателе, поршень движется под действием давления от сгорания смеси. А что заставляет его делать еще два движения вверх (выпуск и сжатие) и одно движение вниз (впуск)?
В одноцилиндровом двигателе только инерция. Для её увеличения применяется массивный маховик. А в двигателях с несколькими цилиндрами, которые будут рассмотрены чуть позже, помимо инерции маховика и противовесов коленчатого вала, используется энергия рабочих ходов в других цилиндрах.
Рассмотренный рабочий цикл называется четырёхтактным. Существует также двухтактный рабочий цикл, но в автомобилях он в настоящее время применения не находит, поэтому здесь его рассматривать не станем.
Лучше вернёмся к четырёхтактному циклу и выясним, какие детали двигателя необходимы для его нормального протекания.
[Решено] Цикл Отто автомобильного двигателя состоит из:
Этот вопрос ранее задавался в
SSC JE ME Предыдущий документ 11 (Состоялся: 22 марта 2021 г., утро)
Просмотреть все документы SSC JE ME >
- Только один адиабатический цикл
- Только один изохорный цикл
- Два изохорных и два обратимых адиабатических цикла
- Четыре адиабатических цикла
Вариант 3: два изохорных и два обратимых адиабатических цикла
Бесплатно
Общий тест по главе 1
11,5 тыс. пользователей
15 вопросов
15 баллов
27 минут
Объяснение:
Цикл Отто:
- Цикл Отто — идеальный цикл для поршневых двигателей с искровым зажиганием как для 2-тактных, так и для 4-тактных двигателей
- Автомобили обычно содержат 4-тактные двигатели, поэтому цикл должен состоять из 4 процессов
Схема каждого процесса цикла Отто:
Процесс 1 — 2: Isentropic Compression
Процесс 2 — 3: постоянное объем или изохорное тепло.
Эти четыре процесса упростили анализ двухтактных и четырехтактных двигателей, и они являются внутренне обратимыми процессами
∴ Цикл Отто автомобильного двигателя состоит из 9{γ — 1}}}}\)
где, η = КПД двигателя, r = степень сжатия = \(\frac{V_1}{V_2}\) = \(\frac{V_4}{V_3}\ ), γ = коэффициент удельной теплоемкости \(\frac{C_P}{C_v}\)
Дополнительная информация
1) Тепловой КПД цикла Отто зависит от степени сжатия
2) Тепловая эффективность цикла Отто увеличивается с увеличением степени сжатия
3) Термическая эффективность цикла Отто увеличивается с увеличением удельной теплоемкости рабочего тела
4) Изохорный процесс также известен как 9003 процесс постоянного объема Скачать решение PDF
Поделиться в WhatsApp
Последние обновления BPSC AE
Последнее обновление: 1 января 0001 г.
Ключ ответа BPSC AE выпущен для AE Electrical (объявление № 14/2020) . Это второй предварительный ключ ответов, и любые возражения против него должны быть представлены до 27 февраля 2023 года. Окончательный ключ ответов будет выпущен вскоре после оценки этих ключей ответов. Продолжается набор BPSC AE для различных других дисциплин, таких как электротехника, гражданское строительство и т. д. Чтобы подготовиться к экзамену, выполните задания BPSC AE за предыдущий год. Кроме того, попробуйте пройти пробные тесты BPSC AE Civil.
[Решено] Двухтактный двигатель состоит из ______ портов.
Этот вопрос был ранее задан в
SSC Je Me Me Предыдущая статья 11 (состоится: 22 марта 2021 утра)
Посмотреть все бумаги SSC Je Me Me>
- Три
- One
- четыре
- Two
Бесплатно
SSC JE: General Intelligence & Reasoning Бесплатный пробный тест
35 тыс.
пользователей
20 вопросов
20 баллов
12 минут
Объяснение:
Двухтактный двигатель имеет три порта:
- Всасывающий порт: через который двигатель получает топливо. Обычно он подключается к карбюратору в случае двигателя SI.
- Выпускное отверстие: Это отверстие, через которое происходит удаление газов. Этот порт закрыт на 60 градусов перед BDC и открыт на 60 градусов после BDC.
- Порт передачи: Порт передачи расположен внутри двигателя и используется для передачи заряда из картера в часть головки цилиндров через опускающийся поршень. Как правило, этот порт открывается за 50° до BDC и закрывается на 50° после BDC.
Примечание:
- В официальном ключе ответов ответ указан как 2 порта.
- Вместо клапана и клапанного механизма двухтактный дизельный двигатель содержит три порта, а именно выпускной порт, порт передачи и порт впуска. (Книга по основам машиностроения Басанта Агарвала).
- Следовательно, три порта — правильный ответ.
(Книга по основам машиностроения Басанта Агарвала).Важные моменты
- Клапан или Порты контролируют синхронизацию потока воздуха в цилиндр. использовал.
- Двухтактный двигатель содержит два процесса: в такте сжатия впускное отверстие открывается, топливно-воздушная смесь поступает в камеру, и поршень движется вверх, сжимая смесь, затем свеча зажигания воспламеняет сжатое топливо и начинается рабочий такт.
Поделиться в WhatsApp
Последние обновления SSC JE ME
Последнее обновление: 5 апреля 2023 г.
SSC JE ME Paper I 2022 Results & Cut-Off. Экзамен SSC JE Paper II будет проведен 26 февраля 2023 г. Уведомление SSC JE ME 2023 будет выпущено 26 июля 2023 г. Экзамен запланирован на октябрь 2023 г.