str. 1

Temat: Maszyny synchroniczne specjalne (kompensator synchroniczny, prądnica
tachometryczna synchroniczna, silniki reluktancyjne, histerezowe, z magnesami
trwałymi.
1. Kompensator synchroniczny.
- kompensator synchroniczny, to właściwie silnik synchroniczny biegnący jałowo (rys.7.41)
i odpowiednio wzbudzony;
- pobiera z sieci nieznaczną moc czynną na pokrycie wszelkich strat w maszynie oraz
właściwą dla jego pracy moc bierną pojemnościową;
- pobiera moc bierną pojemnościową, wydając jednocześnie moc bierną indukcyjną, przez co
poprawia bilans mocy biernej w sieci, w której pracuje wiele odbiorników o charakterze
indukcyjnym;
- aby kompensator synchroniczny pobierał moc bierną pojemnościową, musi być
przewzbudzony;
- podstawową charakterystyką kompensatora synchronicznego jest zależność I = f(If) przy
U = const, f = const,
0;
- charakterystyka ta pokazuje jak należy regulować prąd wzbudzenia, aby uzyskać pożądaną
zmianę prądu obciążenia;
BUDOWA
Jeżeli maszyna synchroniczna służy wyłącznie do kompensacji mocy biernej i nie jest
przewidziana ani do pracy silnikowej, ani do pracy prądnicowej, to jej wał przenosi znikomo
małe momenty w porównaniu z silnikami czy prądnicami o takich samych wymiarach. Z tego
względu średnica wału kompensatora jest nietypowo mała, przy czym końce wału nie są
wyprowadzone na zewnątrz obudowy.
str.1 2. Prądnica tachometryczna synchroniczna.
- zasada działania i budowa prądnic tachometrycznych synchronicznych jest analogiczna do
zasady działania i budowy zwykłych prądnic synchronicznych z tym, że najczęściej są to
prądnice jednofazowe z magnesami trwałymi umieszczonymi w wirniku;
- napięcie indukowane w tworniku jest proporcjonalne do częstotliwości, a więc i do
prędkości obrotowej;
- do prędkości obrotowej są także proporcjonalne reaktancje wewnętrzne prądnicy
i reaktancje zewnętrzne obwodów, co powoduje nieliniowość charakterystyk U = f(n) tych
prądnic;
- wadą jest to, że prądnice te nie są stosowane jako człony układów automatyki;
- zaletami są: prosta budowa, brak styku ślizgowego;
- zastosowanie: wskaźniki prędkości (wraz z odpowiednio wyskalowanym woltomierzem)
3. Silniki reluktancyjne.
- silniki reluktancyjne to silniki synchroniczne budowane jako jawno biegunowe bez uzwojeń
wzbudzających;
- jedynym momentem występującym w takim silniku jest moment reluktancyjny, który pojawia
się mimo braku wzbudzenia, wskutek dynamicznego działania pola magnetycznego na
element magnetycznie niesymetryczny wykonany z materiału ferromagnetycznego;
- w wyniku tego działania wirnik dąży do zajęcia takiego położenia (rys. 7.42a) względem
stojana, przy którym reluktancja dla strumienia jest najmniejsza;
- moment reluktancyjny nie powstanie w przypadku elementu magnetycznie symetrycznego
względem dowolnej osi (rys. 7.42b);
- silnik reluktancyjny podobnie jak silnik synchroniczny ze wzbudzeniem, nie rozwija
momentu rozruchowego i dlatego wirnik takiego silnika musi być doprowadzony do stanu
synchronizmu;
str.2 - silniki reluktancyjne mają w stojanie uzwojenie trójfazowe zasilane z sieci trójfazowej lub
dwufazowe z kondensatorem w jednej fazie, zasilane z sieci jednofazowej;
- silnikami reluktancyjnymi są również:
a) silniki impulsowe
W silniku impulsowym wykorzystuje się również różnicę reluktancji przy różnych położeniach
wirnika względem stojana. Silnik ten ma wystające bieguny również i na stojanie (rys. 7.44).
Na biegunach stojana jest umieszczone uzwojenie skupione. Szerokość biegunów stojana
i wirnika jest jednakowa. Uzwojenie wzbudzające (na stojanie) jest zasilane prądem
impulsowym . Gdy silnik znajduje się w ruchu synchronicznym, każdy impuls powoduje obrót
wirnika o podziałkę żłobkową. Prędkość obrotowa nie zależy od liczby biegunów stojana,
a jedynie od liczby żłobków wirnika Q2 i wynosi:
60
Silnik nie ma momentu rozruchowego, a więc aby go uruchomić trzeba mu nadać prędkość
początkową, od której też zależy kierunek ruchu silnika, gdyż może być on dowolny.
W przypadku zasilania silnika prądem przemiennym, wirnik obraca się o podziałkę żłobkową
w każdym półokresie prądu. W rezultacie prędkość wirnika ulega podwojeniu:
60
Moment obrotowy silnika ma charakter pulsujący.
str.3 ∙2
b) silniki reduktorowe
- silnik reduktorowy jest stosowany wtedy, gdy zachodzi potrzeba uzyskania bardzo małych
prędkości kątowych;
- silniki reduktorowe mogą mieć różne konstrukcje (rys. 7.45)
BUDOWA
- silnik składa się ze stojana w kształcie pierścienia oraz wirnika wykonanych z blach
prądnicowych;
- stojan, jak również wirnik mają półkoliste żłobki;
- liczby żłobków stojana i wirnika są różne;
- na stojanie jest nawinięte uzwojenie toroidalne, które składa się z czterech części
obejmujących po ¼ części obwodu stojana, jeśli ma być zasilane z sieci jednofazowej lub
z trzech części – jeśli ma być zasilane z sieci trójfazowej
str.4 ZASADA DZIAŁANIA
Uzwojenie stojana wytwarza pole wirujące. Wirnik jedna nie obraca się synchronicznie
z polem wirującym. Jeśli w początkowej chwili oś strumienia jest zgodna z kierunkiem A – a
(najmniejsza szczelina jest między zębami 1 i 1’ oraz 9 i 10’), to w następnej chwili, gdy oś
strumienia jest zgodna z kierunkiem B – b, wirnik obróci się tylko tyle, aby szczelina między
zębami 2 i 2’ oraz 11’ i 10 była najmniejsza. Gdy pole obróci się o kąt 2π, wirnik obróci się do
położenia, w którym zęby 1 i 17’ będą naprzeciw siebie, to znaczy obróci się o dwie podziałki
żłobkowe.
- liczba zębów jest znacznie większa i prędkości obrotowe silników reduktorowych są rzędu
kilkudziesięciu obrotów na minutę
4. Silniki histerezowe.
- silnikami histerezowymi nazywa się silniki synchroniczne, w których wykorzystuje się
zjawisko histerezy magnetycznej;
- wirniki tych silników są wykonane całkowicie lub częściowo w postaci pierścienia z twardej
stali o szerokiej pętli histerezy;
- często jest stosowana konstrukcja odwrócona w tym sensie, że nieruchomy uzwojony
stojan jest umieszczony wewnątrz wirnika, którego część czynna znajduje się po stronie
wewnętrznej (rys. 7.49);
- niektóre wirniki silników histerezowych są wykonywane ze sproszkowanych spiekanych
materiałów magnetycznych;
- moment obrotowy w takim silniku zależy jedynie od objętości wirnika i jednostkowych strat
histerezowych;
ZALETY




str.5 duży moment rozruchowy;
niewielki prąd rozruchowy (o 20÷30% większy od prądu jałowego);
płynne wchodzenie w synchronizm ;
cicha praca tak w zakresie podsynchronicznym, jak i synchronicznym.
WADY



duży koszt;
mały współczynnik mocy;
kołysanie.
ZASTOSOWANIE




napędy magnetofonów;
napędy gramofonów;
napędy zegarów elektrycznych;
napędy żyroskopów.
5. Silniki z magnesami trwałymi.
- najbardziej rozpowszechnionym silnikiem synchronicznym o magnesach trwałych jest silnik
Merilla, zwany również permasynem;
- uzwojenie stojana (najczęściej jednofazowe, z fazą pomocniczą jak w jednofazowym silniku
indukcyjnym) wytwarza pole wirujące;
- silnik synchroniczny nie ma momentu rozruchowego, więc na wirniku umieszcza się klatkę
rozruchową;
- rozruch jest asynchroniczny, a po osiągnięciu prędkości bliskiej synchronicznej następuje
wciągnięcie w synchronizm dzięki działaniu magnesów trwałych;
Na rysunku 7.47 przedstawiono silnik synchroniczny Merilla, w którym magnesy trwałe są
wprasowane w blachy wirnika.
- w blachach wirnika są wytłoczone żłobki, w których jest umieszczona klatka rozruchowa;
- cztery żłobki, znajdujące się nad przerwami między biegunami magnesów trwałych, mają
większą głębokość;
- linie pola magnetycznego nie zmykają się przez blachy wirnika, lecz przechodzą przez
szczelinę powietrzną do stojana;
- w żłobkach stojana są umieszczone uzwojenia fazy głównej i pomocniczej;
str.6 - dobre parametry takiego silnika uzyskuje się stosując materiały magnetyczne o dobrych
właściwościach;
- silniki o mocy kilku watów mają specjalną konstrukcję zapewniającą im własny moment
rozruchowy;
- silnik o konstrukcji jak na rys. 7.48 ma 30 biegunów wzbudzanych prądem przemiennym;
- wirnik ma 6 niesymetrycznych ramion z materiału magnetycznie twardego;
- na każdym ramieniu znajdują się 2 występy o szerokości równej szerokości bieguna,
oddalone od siebie o 1,5 lub 2 podziałki biegunowe stojana;
- bieguny stojana zmieniają okresowo swą biegunowość i przyciągają na przemian, w obu
kierunkach, niesymetryczne magnetycznie ramiona wirnika;
- pole wytworzone w stojanie jest pulsujące, silnik taki nie ma określonego kierunku obrotów;
- w celu nadania mu określonego kierunku obrotów stosuje się blokadę ruchu w jedną stronę
za pomocą sprężyny spiralnej, zapadki.
ZASTOSOWANIE
Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi są stosowane:





str.7 w układach automatyki i zdalnego sterowania,
do zegarów elektrycznych,
do magnetofonów
w urządzeniach do przesuwu taśmy z uwagi na stałość prędkości kątowej,
w charakterze liczników impulsów.