Moderne Synchronstrahltriebwerke

Das Funktionsprinzip eines Synchronstrahltriebwerks

Bei Synchronstrahlmotoren unterscheidet sich das Prinzip der Erzeugung eines Rotordrehmoments etwas von asynchronen und herkömmlichen Synchronmotoren. Hier ist die entscheidende Rolle dem Rotorkern selbst zugeordnet.

Der Rotor eines Strahlsynchronmotors hat keine Wicklungen, auch wenn keine kurzgeschlossene Wicklung vorhanden ist. Stattdessen ist die magnetische Leitfähigkeit des Rotorkerns sehr heterogen: Die magnetische Leitfähigkeit entlang des Rotors unterscheidet sich von der magnetischen Leitfähigkeit über. Dank dieses ungewöhnlichen Ansatzes sind weder Rotorwicklungen noch Permanentmagnete erforderlich.

Was den Stator betrifft, kann die Statorwicklung des Strahlsynchronmotors konzentriert oder verteilt werden, während der Statorkern und das Gehäuse normal bleiben. Das gesamte Merkmal befindet sich im sehr heterogenen Kern des Rotors.

Drei Haupttypen von Rotoren sind charakteristisch für Synchronstrahltriebwerke: ein quer geschichteter Rotor, ein Rotor mit unterschiedlichen Polen und ein axial geschichteter Rotor.

Die Physik des Prozesses ist wie folgt. Wechselstrom wird den Statorwicklungen zugeführt und erzeugt ein rotierendes Magnetfeld um den Rotor, das im Luftspalt zwischen Stator und Rotor maximal ist. Das Rotationsmoment wird aufgrund der Tatsache erhalten, dass der Rotor versucht, sich ständig zu drehen, so dass der magnetische Widerstand für den vom Stator erzeugten magnetischen Fluss minimal wäre.

Das maximale Drehmoment ist direkt proportional zur Differenz zwischen Längs- und Querinduktivität. Je größer diese Differenz ist, desto größer ist das Drehmoment des Rotors.

Um dieses Prinzip zu verstehen, wenden wir uns der Abbildung zu. Das anisotrope Objekt 1 weist entlang der Achsen a und b eine unterschiedliche magnetische Leitfähigkeit auf. In diesem Fall hat das isotrope Objekt 2 in alle Richtungen die gleiche magnetische Leitfähigkeit. Ein an Objekt 1 angelegtes Magnetfeld erzeugt ein Rotationsmoment, wenn der Winkel zwischen der Achse b und den Linien der magnetischen Induktion B ungleich Null ist. Wenn ein Winkel ungleich Null existiert, verzerrt Objekt 1 das angelegte Magnetfeld B und die Richtung der Verzerrung fällt mit der Achse a von Objekt 1 zusammen.

Das sinusförmige Magnetfeld, das im Synchronstrahltriebwerk durch die Statorwicklung erzeugt wird, dreht sich mit einer bestimmten synchronen Winkelfrequenz, und daher gibt es immer ein Drehmoment, das dazu neigt, das System in den Zustand mit der niedrigsten potentiellen Gesamtenergie zurückzubringen.

Das heißt, das Rotationsmoment wird immer danach streben, die Verzerrung des Statormagnetfelds in Richtung der a-Achse zu verringern, indem der Winkel zwischen den Induktionslinien B und der b-Achse verringert wird. Wenn die Motorsteuerung darauf abzielt, die Konstanz dieses Winkels aufrechtzuerhalten, wird durch elektromagnetische Energie ständig mechanische Energie gewonnen.

Somit liefert der Statorwicklungsstrom eine Magnetisierung mit dem Vorhandensein eines Drehmoments, das darauf abzielt, eine Feldverzerrung zu beseitigen, und durch Steuern der Stromphase gemäß der Position des Rotors in dem rotierenden Koordinatensystem (gemäß dem Wert des Verzerrungswinkels) wird die Drehmomentsteuerung des Synchronstrahlmotors erhalten.

Synchronstrahlmotoren heute

Die weltweit führenden Hersteller von Elektromotoren zeigen heute besonderes Interesse an Synchronstrahlmotoren, obwohl die ersten Versionen bereits Ende des 19. Jahrhunderts patentiert wurden. Tatsache ist, dass der Wirkungsgrad von Synchronstrahlmotoren deutlich übersteigt Effizienz gängiger Induktionsmotorenganz zu schweigen von der Leistungsdichte.

Es gibt keine Energieverluste im Rotor, aber normalerweise macht der Rotor etwa 30 Prozent der Verluste aus. Dies erhöht die Lebensdauer des Elektromotors - reduziert schädliche Wärme. Die Masse eines Synchronstrahlmotors und seine Abmessungen sind 20% geringer als die einer asynchronen gleichen Leistung.

Das erneute Interesse an Synchronstrahlmotoren ist heute in erster Linie mit den vielfältigen Möglichkeiten der modernen Computermodellierung verbunden, die es ermöglichen, die effektivsten Versionen von Rotor- und Statorkonstruktionen zu finden - wissenschaftliche Forschung ist produktiver, und der Wirkungsgrad moderner Versionen von Synchronstrahlmotoren liegt zu diesem Zeitpunkt bereits bei 98% Bei asynchronen Versionen überschreitet der Wirkungsgrad traditionell nicht 90%.

Synchronstrahltriebwerke werden heute auf der Basis von asynchronen Triebwerken hergestellt, und bei gleichen Abmessungen und Montageabmessungen wird ein höherer Wirkungsgrad und eine höhere spezifische Leistung erzielt.

Vor- und Nachteile

Der aus dünnem Elektrostahl gefertigte Rotor eines Strahlsynchronmotors ist einfach und zuverlässig konstruiert, ohne eine kurzgeschlossene Wicklung und ohne Magnete. Daher werden Ströme, die schädliche Erwärmung verursachen, im Rotor eliminiert - die Lebensdauer wird erhöht und das Fehlen von Magneten reduziert die Produktkosten, einschließlich der Minimierung reduzierter Wartungskosten .

Aufgrund der vergleichsweise geringen Leichtigkeit des Rotors ist sein eigenes Trägheitsmoment gering, sodass der Motor schneller auf die Nenndrehzahl beschleunigt, was zu Energieeinsparungen führt.

Der Frequenzumrichter als Drehzahlregler macht die Motorsteuerung über einen weiten Bereich von Betriebsdrehzahlen sehr flexibel. Was die Mängel betrifft, so ist es nur eines: die Notwendigkeit eines Frequenzumrichters.

Die Verwendung eines Frequenzumrichters mit aktiver Korrektur des Leistungsfaktors ermöglicht es, den maximalen Leistungsfaktor des Systems zu erreichen, was in jeder modernen Produktion sehr wichtig ist.