Mikä on induktiori- ja synkronimoottorien dynamiikka?

Induktiomotoreiden ja synkronimotoreiden dynaamiset ominaisuudet

Induktiomotorit (Induction Motor) ja synkronimotorit (Synchronous Motor) ovat kaksi yleistä vaihtovirtamotorin tyyppiä. Ne eroavat merkittävästi rakenteessa, toimintaperiaatteissa ja dynaamisissa ominaisuuksissa. Alla on analyysi näiden kahden motorin tyyppien dynaamisista ominaisuuksista:

1. Käynnistysominaisuudet

Induktiomotori:

Induktiomotorilla on yleensä korkea käynnistysvirta, usein 5-7 kertaa nominālivirta. Tämä johtuu siitä, että käynnistyksessä rotorin on oltava paikallaan, ja liuku s=1, mikä aiheuttaa suuren induktoidun virran rotorin kytkentöihin.

Käynnistystorken on suhteellisen alhainen, erityisesti täysiin ladattuna, ja se voi olla vain 1,5-2 kertaa nominālitorken. Käynnistyskyvyn parantamiseksi voidaan käyttää pehmeitä käynnistimiä tai tähti-deltakäynnistimiä käynnistysvirran vähentämiseksi ja käynnistystorkeen lisäämiseksi.

Induktiomotorin käynnistysprosessi on epäsuhdenta, motori kiihdyttää itseään hitaasti paikallisten tilasta lähes suhdentaan nopeuteen, mutta ei koskaan saavuta täsmällistä synkronismia.

Synkronimotori:

Synkronimotorien käynnistysominaisuudet riippuvat niiden tyypistä. Itse käynnistyviille synkronimotorille (kuten pysyvämagneettiselle synkronimotorille tai synkronimotorille käynnistyskytkennyksillä) ne voivat käynnistyä epäsuhdennaisesti, kuten induktiomotorit, mutta ne vedetään synkronismiin itsellensoitusjärjestelmän avulla, kun ne lähestyvät suhdentaan nopeutta.

Itse käynnistyvien synkronimotorien osalta, ulkoisia laitteita (kuten taajuusmuuntajia tai apumotorit) on yleensä tarvittava auttamaan motorin käynnistämisessä, kunnes se saavuttaa suhdentaan nopeuden, jälkeen joka se voi siirtyä synkroniseen toimintaan.

Synkronimotorit tarjoavat yleensä korkeampaa käynnistystorketta, erityisesti ne, joilla on itsellensoitusjärjestelmä, joka voi tuottaa huomattavaa torketta käynnistysvaiheessa.

2. Vakiotilan toimintamääritykset

Induktiomotori:

Induktiomotorin nopeus on verrannollinen syöttötaajuuteen, mutta se on aina hieman alle suhdentaan nopeuden. Liuku s edustaa todellisen nopeuden ja suhdentaan nopeuden välisiä erotusta, tyypillisesti 0,01-0,05 (eli 1-5 %). Pienempi liuku johtaa parempaan tehokkuuteen, mutta torken tuotanto pienenee vastaavasti.

Induktiomotorin torkenopeusominaisuus on paraabelimainen, maksimitorkki tapahtuu tietyllä liukuarvolla (yleensä kriittinen liuku). Kun kuorma kasvaa, nopeus laskee hieman, mutta motori säilyttää vakaita toimintaolosuhteita.

Induktiomotorin tehokkuuskerroin on yleensä alhainen, erityisesti kevyellä tai ilman kuormaa, mahdollisesti alhaisena 0,7. Kun kuorma kasvaa, tehokkuuskerroin paranee.

Synkronimotori:

Synkronimotorin nopeus on tiukasti verrannollinen syöttötaajuuteen ja se pysyy vakiona suhdentaan nopeudessa, riippumatta kuorman muutoksista. Tämä takaa hyvin vakaiden nopeuden, mikä tekee synkronimotorista soveltuksen tarkkaan nopeudenohjaamiseen vaativille sovelluksille.

Synkronimotorin torkenopeusominaisuus on pystysuora viiva, mikä tarkoittaa, että se voi tuottaa vakion torkin suhdentaan nopeudella ilman nopeuden muutosta. Jos kuorma ylittää motorin maksimitorkin, motori menettää synkronisminsa ja pysähtyy.

Synkronimotorit voivat ohjata tehokkuuskerrointa itsellensoitusvirran säädöksellä, mikä mahdollistaa niiden toiminnan joko kapasitiivisessa tai induktiivisessa tilassa. Tämä ominaisuus tekee synkronimotorista hyödyllisiä sähköverkon tehokkuuskerroinparannuksessa.

3. Dynaaminen vastausominaisuus

Induktiomotori:

Induktiomotorin dynaaminen vastaus on suhteellisen hidastehdas, erityisesti kun kuorma muuttuu yhtäkkiä. Rotorin inertiasta ja sähkömagneettisesta inertiansa johtuen on odotusaika, ennen kuin motori mukautuu uusiin kuorman olosuhteisiin. Tämä viive voi aiheuttaa nopeuden heilahtelua, erityisesti raskaan kuorman tai usein käynnistys-pysäytys-sovelluksissa.

Induktiomotorin nopeudenohjausalue on rajattu, yleensä se saavutetaan syöttötaajuuden muuttamisella (esimerkiksi taajuusmuuntajan avulla). Kuitenkin tämä voi johtaa torkeen vähenemiseen, erityisesti matalissa nopeuksissa.

Synkronimotori:

Synkronimotorin dynaaminen vastaus on nopeampi, erityisesti kun kuorma muuttuu. Koska motorin nopeus on aina synkronisoitu syöttötaajuuden kanssa, se voi ylläpitää vakaita nopeutta myös kuorman vaihteluissa. Lisäksi synkronimotorin torkenvastaus on nopea, tarjoamalla tarvittavan torkin lyhyessä ajassa.

Synkronimotorit voivat säätää torkia ja tehokkuuskerrointa itsellensoitusvirran muuttamisella, tarjoten joustavamman ohjauksen. Edistyneitä ohjamismenetelmiä, kuten vektoriohjaus tai suora torkiohjaus (DTC), voidaan käyttää tarkkaan nopeuden ja torkin ohjaamiseen.

4. Ylikuormituskyky ja suojaus

Induktiomotori:

Induktiomotorilla on tietty ylikuormituskyky, ja se voi kestää 1,5-2 kertaa nominālikuorman lyhytaikaisesti. Kuitenkin pitkäaikainen ylikuormitus voi aiheuttaa ylikuumenemisen, mikä vahingoittaa eristysmateriaalia. Siksi induktiomotorit ovat yleensä varustettu ylikuormituspuolustuslaitteilla, kuten lämpörelailla tai lämpömittareilla, ylikuumenemisen estämiseksi.

Induktiomotorin ylikuormituskyky riippuu sen suunnittelusta. Esimerkiksi kytkettyrotorin induktiomotorit yleensä tarjoavat parempaa ylikuormituskykyä kuin koiruohjaimet, koska rotorin virta voidaan säätää ulkopuolisilla vastuilla.

Synkronimotori:

Synkronimotorilla on vahva ylikuormituskyky, erityisesti ne, joilla on itsellensoitusjärjestelmä, jotka voivat käsitellä 2-3 kertaa nominālikuorman lyhytaikaisesti. Kuitenkin pitkäaikainen ylikuormitus voi myös johtaa ylikuumenemiseen.

Synkronimotorit suojataan monenlaisilla tavoin, mukaan lukien ylikuormituspuolustus, askelmenetyksen puolustus ja itsellensoitusvirheen puolustus. Askelmenetyksen puolustus estää motorin menettämästä synkronismia liian suurella kuormalla, kun taas itsellensoitusvirheen puolustus varmistaa itsellensoitusjärjestelmän oikean toiminnan.

5. Sovellusskenaariot

Induktiomotori:

Induktiomotorit ovat laajalti käytössä teollisuudessa, maataloudessa ja kotitalouksissa, erityisesti sovelluksissa, joissa korkean tarkkuuden nopeudenohjaus ei ole tarpeen. Esimerkkejä ovat tuuletin, pumpu ja kompressoori.

Niiden yksinkertaisen rakenteen, alhaisen hinnan ja yksinkertaisen huollon vuoksi induktiomotorit ovat usein ensisijainen valinta monissa sovelluksissa.

Synkronimotori:

Synkronimotorit sopivat sovelluksiin, jotka vaativat korkean tarkkuuden nopeudenohjausta, kuten tarkkuuskonekalut, generaattorit ja isot kompressori. Niiden kyky ylläpitää vakio nopeutta ja tarjota korkea tehokkuuskerroin tekee niistä arvokkaita sähköverkossa tehokkuuskerroinparannuksen kannalta.

Synkronimotorit ovat myös laajalti käytössä sovelluksissa, jotka vaativat tarkkaa nopeudenohjausta ja nopeaa dynaamista vastausta, kuten servojärjestelmät ja robotiikka.

Yhteenveto

• Induktiomotori: Korkea käynnistysvirta, alhaisempi käynnistystorkki, nopeus hieman alle suhdentaan nopeuden, hidastehdas dynaaminen vastaus, soveltuu yleisiin teollisuus- ja kotitaloussovelluksiin.

• Synkronimotori: Käynnistysominaisuudet riippuvat tyypistä, tiukka suhdentaan nopeus, nopea dynaaminen vastaus, soveltuu sovelluksiin, jotka vaativat korkean tarkkuuden nopeudenohjausta ja tehokkuuskerroinparannusta.