Synchronní motor versus asynchronní motor

Synchronní motor versus asynchronní motor

Definujícím rozdílem je rychlost rotoru vzhledem k rotujícímu magnetickému poli statoru: a synchronní motor rotor se otáčí přesně stejnou rychlostí jako toto pole, zatímco rotor asynchronního (indukčního) motoru se vždy otáčí o něco pomaleji, což je rozdíl nazývaný prokluz. Tento prokluz je ve skutečnosti nezbytný pro provoz indukčního motoru, protože relativní pohyb mezi rotorem a točivým polem je to, co indukuje proud rotoru, který generuje točivý moment – ​​indukční motor bez prokluzu by nevytvářel vůbec žádný točivý moment.

Synchronní motory se této závislosti vyhýbají, protože rotor nese své vlastní magnetické pole (z permanentních magnetů nebo vinutí pole), místo aby se spoléhal na indukovaný proud, což mu umožňuje zablokovat se a udržovat přesnou synchronizaci s polem statoru, než aby za ním neustále zaostával.

Průvodce výběrem synchronního motoru

• Potvrďte, že aplikace skutečně potřebuje konstantní rychlost nezávislou na zatížení — pokud přesnost rychlosti není kritická, může indukční motor nabídnout jednodušší a levnější řešení
• Vyhodnoťte počáteční požadavky — většina synchronních motorů (jiných než samospouštěcích typů PMSM) potřebuje metodu spouštění nebo řízení VFD
• Zvažte výhody efektivity oproti počátečním nákladům, zejména pro konstrukce PMSM, kde materiál magnetů zvyšuje náklady, ale přináší zvýšení účinnosti
• Potvrďte, že požadavky na točivý moment spadají do limitu momentu vytažení motoru v celém provozním rozsahu aplikace
• Zvažte hodnotu korekce účiníku pokud by širší elektrický systém zařízení těžil ze schopnosti jalového napájení synchronního motoru

Jak vybrat synchronní motor

Výběr konkrétního synchronního motoru pro aplikaci začíná přizpůsobením požadovaného momentu, otáček a výkonu zátěži, podobně jako u jakéhokoli procesu výběru motoru, ale s dodatečnou pozorností ke konkrétnímu typu synchronního motoru, který je pro danou aplikaci nejvhodnější. Konstrukce PMSM vyhovuje většině moderních aplikací upřednostňujících efektivitu a kompaktní velikost , zatímco synchronní motory s vinutým rotorem zůstávají relevantní pro velmi velké průmyslové aplikace, kde je přidaná složitost systému řízení buzení odůvodněna rozsahem instalace a hodnotou nastavitelného buzení pro řízení účiníku.

Porovnání účinnosti synchronního motoru

Synchronní motory, zejména konstrukce PMSM, obecně převyšují účinnost indukčních motorů ve většině jejich provozního rozsahu, přičemž mezera je obvykle nejvýraznější při částečném zatížení – stav, ve kterém mnoho aplikací v reálném světě tráví značný provozní čas, spíše než aby běžely nepřetržitě při plném jmenovitém zatížení. Tato výhoda účinnosti pramení z eliminace ztrát prokluzem rotoru , odporové zahřívání, ke kterému dochází v rotoru indukčního motoru jako přímý důsledek indukovaného proudu potřebného ke generování točivého momentu, ztrátový mechanismus, který v nezávisle magnetizovaném rotoru synchronního motoru prostě neexistuje.

Charakteristika točivého momentu synchronního motoru

Vztah točivého momentu a rychlosti synchronního motoru se zásadně liší od vztahu indukčního motoru – místo toho, aby se točivý moment plynule měnil s rychlostí, jak se mění skluz, synchronní motor produkuje jakýkoli točivý moment, který je potřeba k udržení synchronní rychlosti, až do maximálního (vytahovacího) limitu točivého momentu. Za tímto limitem se motor nezpomaluje postupně, jako by to dělal indukční motor — zcela ztratí synchronizaci a zastaví se, což znamená, že aplikace synchronních motorů musí být dimenzovány s přiměřenou rezervou točivého momentu nad maximální očekávaný moment zatížení, aby se zabránilo tomuto režimu náhlé poruchy.

Toto chování točivého momentu také znamená, že synchronní motory se obecně nespouštějí samovolně proti stacionární zátěži, jako to dokáže mnoho indukčních motorů, protože magnetické pole stacionárního rotoru nevyvine smysluplný průměrný točivý moment proti rychle se otáčejícímu poli statoru – většina aplikací synchronních motorů vyžaduje buď metodu spouštění, která přivede rotor blízko k synchronní rychlosti před zapojením pole, nebo pohon s proměnnou frekvencí, který postupně zvyšuje napájení z nulové rampy.

Synchronní řízení otáček motoru

Protože rychlost synchronního motoru je přímo vázána na frekvenci napájení, úprava rychlosti vyžaduje úpravu této frekvence, což je přesně to, co dělá měnič s proměnnou frekvencí (VFD). Synchronní motory řízené VFD poskytují jak přesné řízení rychlosti, tak výhody účinnosti synchronního provozu , což je kombinace stále běžnější v moderních průmyslových pohonných systémech a hnacích ústrojích elektrických vozidel, kde je současně vyžadováno jak přesné řízení rychlosti/kroutícího momentu, tak vysoká účinnost.

Motor s permanentním magnetem vs indukční motor

Toto srovnání pokrývá z velké části stejný základ jako širší srovnání synchronního a asynchronního motoru, protože PMSM je dominantní moderní design synchronního motoru, který je ve většině současných diskusí srovnáván s indukčními motory. Výhody PMSM se soustředí na efektivitu, hustotu výkonu a přesné ovládání , zatímco indukční motory zůstávají preferovány tam, kde nižší vstupní náklady, mechanická jednoduchost a schopnost samostartování bez další řídicí elektroniky převažují nad zisky z účinnosti, které by PMSM pro danou aplikaci nabídl.

Výběr vysoce účinného motoru

Výběr vysoce účinného motoru zahrnuje pohled za hranice jedné procentuální hodnoty účinnosti na to, jak tato účinnost obstojí ve skutečném očekávaném provozním rozsahu motoru, protože mnoho aplikací běží po značnou část svého pracovního cyklu hluboko pod plnou jmenovitou zátěží. Kontrola účinnosti v celém rozsahu zatížení, nejen při 100% zatížení, poskytuje přesnější obrázek o skutečné spotřebě energie a potenciálu úspory nákladů, než se spoléhat pouze na jediné hodnocení účinnosti při plném zatížení.

Porovnání výkonu elektromotoru

Výběr motoru pro průmyslová zařízení

Výběr motoru pro průmyslové zařízení obecně začíná definováním profilu točivého momentu a otáček zátěže v celém jeho provozním rozsahu, poté vyhodnocením, která technologie motoru nejlépe odpovídá těmto požadavkům, spolu s účinností, složitostí řízení a rozpočtovými omezeními. Aplikace se stálým, předvídatelným zatížením a bez nutnosti přesné regulace rychlosti často dobře fungují se standardními indukčními motory, zatímco aplikace vyžadující přesnou regulaci rychlosti, vysokou účinnost nebo dynamické řízení točivého momentu stále více upřednostňují synchronní (zejména PMSM) konstrukce spárované s řízením VFD.

Faktory, které je třeba vzít v úvahu při výběru elektromotoru

• Požadovaný točivý moment a otáčky v celém provozním rozsahu, včetně startovacích a špičkových podmínek
• Požadavky na účinnost, jak při plném zatížení, tak v typických provozních podmínkách při částečném zatížení
• Potřeba regulace rychlosti — pevná rychlost, proměnná rychlost nebo přesné ovládání polohy/pohybu
• Požadavky na spouštění a dostupná řídicí elektronika (přímo on-line, VFD nebo jiný způsob spouštění)
• Celkové náklady na vlastnictví, vyrovnávání nákladů na pohon a řízení s očekávanými úsporami energie a požadavky na údržbu po dobu životnosti zařízení