Ποιες είναι οι δυναμικές των ηλεκτρομηχανών επαναγωγής και συγχρονισμού;
Δυναμικές Χαρακτηριστικές των Ηλεκτρομηχανών Απόκλιξης και Συγχρονισμένων Ηλεκτρομηχανών
Οι ηλεκτρομηχανές απόκλιξης (Induction Motor) και οι συγχρονισμένες ηλεκτρομηχανές (Synchronous Motor) είναι δύο κοινοί τύποι ηλεκτρομηχανών CA. Διαφέρουν σημαντικά στη δομή, τους λειτουργικούς μηχανισμούς και τις δυναμικές χαρακτηριστικές. Παρακάτω παρουσιάζεται μια ανάλυση των δυναμικών χαρακτηριστικών αυτών των δύο τύπων ηλεκτρομηχανών:
1. Χαρακτηριστικά Έναρξης
Ηλεκτρομηχανή Απόκλιξης:
Οι ηλεκτρομηχανές απόκλιξης έχουν συνήθως υψηλή έναρξη ρεύματος, συχνά 5 έως 7 φορές το νομικό ρεύμα. Αυτό συμβαίνει επειδή κατά την έναρξη, ο ρότορας είναι σταθερός, και η σκονίδα s=1, που προκαλεί μεγάλη επαναφορική τροποποίηση στις πλεξίδες του ρότορα.
Η έναρξη της τροχοδύναμης είναι σχετικά χαμηλή, ειδικά υπό πλήρη φορτίο, και μπορεί να είναι μόνο 1,5 έως 2 φορές την νομική τροχοδύναμη. Για τη βελτίωση των χαρακτηριστικών έναρξης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαλακοί εκκινητές ή εκκινητές αστεράκι-δέλτα για τη μείωση του ρεύματος έναρξης και την αύξηση της τροχοδύναμης έναρξης.
Ο διαδικασία έναρξης της ηλεκτρομηχανής απόκλιξης είναι ασύγχρονη· η ηλεκτρομηχανή επιταχύνεται σταδιακά από τη σταθερή κατάσταση σε κοντινή συγχρονισμένη ταχύτητα, αλλά δεν φτάνει ποτέ σε ακριβή συγχρονισμό.
Συγχρονισμένη Ηλεκτρομηχανή:
Τα χαρακτηριστικά έναρξης των συγχρονισμένων ηλεκτρομηχανών εξαρτώνται από τον τύπο. Για τις αυτοέναρξης συγχρονισμένες ηλεκτρομηχανές (όπως οι παραμονερές συγχρονισμένες ηλεκτρομηχανές ή οι συγχρονισμένες ηλεκτρομηχανές με πλέξιδες έναρξης), μπορούν να ξεκινήσουν ασύγχρονα όπως οι ηλεκτρομηχανές απόκλιξης, αλλά είναι παρασύρεται σε συγχρονισμό από το σύστημα ενεργοποίησης όταν πλησιάζει τη συγχρονισμένη ταχύτητα.
Για τις μη αυτοέναρξης συγχρονισμένες ηλεκτρομηχανές, απαιτούνται συνήθως εξωτερικά συστήματα (όπως μετατροπείς συχνότητας ή βοηθητικές ηλεκτρομηχανές) για να βοηθήσουν στην έναρξη της ηλεκτρομηχανής μέχρι να φτάσει στη συγχρονισμένη ταχύτητα, μετά την οποία μπορεί να εισέλθει σε συγχρονισμένη λειτουργία.
Οι συγχρονισμένες ηλεκτρομηχανές παρέχουν συνήθως υψηλότερη τροχοδύναμη έναρξης, ειδικά εκείνες με συστήματα ενεργοποίησης, που μπορούν να παρέχουν σημαντική τροχοδύναμη κατά την έναρξη.
2. Σταθερές Λειτουργικές Χαρακτηριστικές
Ηλεκτρομηχανή Απόκλιξης:
Η ταχύτητα της ηλεκτρομηχανής απόκλιξης είναι ανάλογη με τη συχνότητα της εφοδιασμού, αλλά είναι πάντα ελαφρώς κάτω από τη συγχρονισμένη ταχύτητα. Η σκονίδα s αντιπροσωπεύει τη διαφορά μεταξύ της πραγματικής ταχύτητας και της συγχρονισμένης ταχύτητας, συνήθως μεταξύ 0,01 και 0,05 (δηλαδή 1% έως 5%). Μια μικρότερη σκονίδα οδηγεί σε υψηλότερη αποδοτικότητα, αλλά η έξοδος τροχοδύναμης μειώνεται αντίστοιχα.
Η χαρακτηριστική τροχοδύναμη-ταχύτητα της ηλεκτρομηχανής απόκλιξης είναι παραβολική, με τη μέγιστη τροχοδύναμη να εμφανίζεται σε συγκεκριμένη τιμή σκονίδας (συνήθως η κρίσιμη σκονίδα). Καθώς το φορτίο αυξάνεται, η ταχύτητα μειώνεται ελαφρώς, αλλά η ηλεκτρομηχανή διατηρεί σταθερή λειτουργία.
Ο συντελεστής ενέργειας της ηλεκτρομηχανής απόκλιξης είναι συνήθως χαμηλός, ειδικά υπό ελαφρύ ή καθόλου φορτίο, μπορεί να είναι τόσο χαμηλός όσο 0,7. Καθώς το φορτίο αυξάνεται, ο συντελεστής ενέργειας βελτιώνεται.
Συγχρονισμένη Ηλεκτρομηχανή:
Η ταχύτητα της συγχρονισμένης ηλεκτρομηχανής είναι αυστηρά ανάλογη με τη συχνότητα της εφοδιασμού και παραμένει σταθερή στη συγχρονισμένη ταχύτητα, ανεξάρτητα από τις αλλαγές του φορτίου. Αυτό εξασφαλίζει υψηλή σταθερότητα ταχύτητας, κάνοντας τις συγχρονισμένες ηλεκτρομηχανές κατάλληλες για εφαρμογές που απαιτούν ακριβή έλεγχο ταχύτητας.
Η χαρακτηριστική τροχοδύναμη-ταχύτητα της συγχρονισμένης ηλεκτρομηχανής είναι μια κατακόρυφη γραμμή, δείχνοντας ότι μπορεί να παρέχει σταθερή τροχοδύναμη στη συγχρονισμένη ταχύτητα χωρίς καμία αλλαγή ταχύτητας. Εάν το φορτίο υπερβεί τη μέγιστη δυνατότητα τροχοδύναμης της ηλεκτρομηχανής, η ηλεκτρομηχανή θα χάσει το συγχρονισμό και θα σταματήσει.
Οι συγχρονισμένες ηλεκτρομηχανές μπορούν να ελέγχουν τον συντελεστή ενέργειας προσαρμόζοντας το ρεύμα ενεργοποίησης, επιτρέποντάς τους να λειτουργούν σε καταναλωτική ή ενεργητική λειτουργία. Αυτή η δυνατότητα καθιστά τις συγχρονισμένες ηλεκτρομηχανές χρήσιμες για τη βελτίωση του συντελεστή ενέργειας του ηλεκτρικού δικτύου.
3. Δυναμικές Χαρακτηριστικές Απόκρισης
Ηλεκτρομηχανή Απόκλιξης:
Η δυναμική απόκριση της ηλεκτρομηχανής απόκλιξης είναι σχετικά αργή, ειδικά όταν το φορτίο αλλάζει ξαφνικά. Λόγω της εργασίας του ρότορα και της ηλεκτρομαγνητικής εργασίας, υπάρχει χρονικό καθυστέρημα για την προσαρμογή της ηλεκτρομηχανής σε νέες συνθήκες φορτίου. Αυτό το καθυστέρημα μπορεί να προκαλέσει κυμάνσεις ταχύτητας, ειδικά σε εφαρμογές με βαριά φορτία ή συχνές έναρξη-σταμάτηση.
Ο εύρος ελέγχου ταχύτητας της ηλεκτρομηχανής απόκλιξης είναι περιορισμένος, συνήθως επιτεύχεται με τη μεταβολή της συχνότητας της εφοδιασμού (π.χ., με τη χρήση μετατροπέα συχνότητας). Ωστόσο, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της τροχοδύναμης, ειδικά σε χαμηλές ταχύτητες.
Συγχρονισμένη Ηλεκτρομηχανή:
Η δυναμική απόκριση της συγχρονισμένης ηλεκτρομηχανής είναι γρηγορότερη, ειδικά όταν το φορτίο αλλάζει. Επειδή η ταχύτητα της ηλεκτρομηχανής είναι πάντα συγχρονισμένη με τη συχνότητα της εφοδιασμού, μπορεί να διατηρήσει σταθερή ταχύτητα ακόμη και υπό αλλαγές του φορτίου. Επιπλέον, η απόκριση της τροχοδύναμης της συγχρονισμένης ηλεκτρομηχανής είναι γρήγορη, παρέχοντας την απαραίτητη τροχοδύναμη σε μικρό χρονικό διάστημα.
Οι συγχρονισμένες ηλεκτρομηχανές μπορούν να προσαρμόζουν την τροχοδύναμη και τον συντελεστή ενέργειας αλλάζοντας το ρεύμα ενεργοποίησης, παρέχοντας πιο ευέλικτον έλεγχο. Προηγμένες μεθόδους έλεγχου, όπως ο έλεγχος διανυσμάτων ή ο άμεσος έλεγχος τροχοδύναμης (DTC), μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη ακριβούς ελέγχου ταχύτητας και τροχοδύναμης.
4. Χαρακτηριστικές Υπερφόρτισης και Προστασία
Ηλεκτρομηχανή Απόκλιξης:
Οι ηλεκτρομηχανές απόκλιξης έχουν κάποια δυνατότητα υπερφόρτισης και μπορούν να αντέξουν 1,5 έως 2 φορές το νομικό φορτίο για μικρό διάστημα. Ωστόσο, η μακρά διάρκεια υπερφόρτισης μπορεί να προκαλέσει υπερθέρμανση, βλάπτοντας το απομονωτικό υλικό. Συνεπώς, οι ηλεκτρομηχανές απόκλιξης είναι συνήθως εξοπλισμένες με συστήματα προστασίας υπερφόρτισης, όπως θερμορελές ή αισθητήρες θερμοκρασίας, για την πρόληψη της υπερθέρμανσης.
Η δυνατότητα υπερφόρτισης των ηλεκτρομηχανών απόκλιξης εξαρτάται από την σχεδίασή τους. Για παράδειγμα, οι ηλεκτρομηχανές απόκλιξης με πλεξίδες ρότορα συνήθως έχουν καλύτερη απόδοση υπερφόρτισης από τις ηλεκτρομηχανές με σκίουρο, καθώς το ρεύμα του ρότορα μπορεί να ρυθμίζεται με εξωτερικούς αντιστοίχους.
Συγχρονισμένη Ηλεκτρομηχανή:
Οι συγχρονισμένες ηλεκτρομηχανές έχουν ισχυρή δυνατότητα υπερφόρτισης, ειδικά εκείνες με συστήματα ενεργοποίησης, που μπορούν να αντέξουν 2 έως 3 φορές το νομικό φορτίο για μικρό διάστημα. Ωστόσο, η μακρά διάρκεια υπερφόρτισης μπορεί επίσης να προκαλέσει υπερθέρμανση.
Οι συγχρονισμένες ηλεκτρομηχανές προστατεύονται με διάφορους τρόπους, συμπεριλαμβανομένης της προστασίας από υπερρεύμα, της προστασίας απώλειας βήματος και της προστασίας από σφάλματα ενεργοποίησης. Η προστασία απώλειας βήματος προλεγχεί την απώλεια συγχρονισμού υπό υπερβολικό φορτίο, ενώ η προστασία από σφάλματα ενεργοποίησης εξασφαλίζει την ορθή λειτουργία του συστήματος ενεργοποίησης.
5. Σενάρια Εφαρμογής
Ηλεκτρομηχανή Απόκλιξης:
Οι ηλεκτρομηχανές απόκλιξης είναι ευρέως χρησιμοποιούμενες σε βιομηχανικές, γεωργικές και οικιακές εφαρμογές, ειδικά σε εφαρμογές όπου δεν απαιτείται ακριβής έλεγχος ταχύτητας. Παραδείγματα περιλαμβάνουν ανεμιστήρες, πομπούς και συμπιέστες.
Λόγω της απλής δομής, του χαμηλού κόστους και της ευκολίας στη συντήρηση, οι ηλεκτρομηχανές απόκλιξης είναι συχνά η προτιμώμενη επιλογή για πολλές εφαρμογές.
Συγχρονισμένη Ηλεκτρομηχανή:
Οι συγχρονισμένες ηλεκτρομηχανές είναι κατάλληλες για εφαρμογές που απαιτούν ακριβής έλεγχο ταχύτητας, όπως ακριβείς μηχανοργάνα, γεννήτριες και μεγάλοι συ
