מה הם הדינמיקה של מנועי אינדוקציה וסינכרוניים?

מאפיינים דינמיים של מנועי הובלה ומנעי סינכרונים

מנעי הובלה (Induction Motor) ומנעי סינכרונים (Synchronous Motor) הם שני סוגים נפוצים של מנועי חילופין. הם שונים משמעותית במבנה, עקרונות פעולה ומאפיינים דינמיים. להלן ניתוח של המאפיינים הדינמיים של שני סוגי המנועים:

1. מאפייני הפעלה

מנע הובלה:

מנעי הובלה בדרך כלל יש להם זרם הפעלה גבוה, לעיתים 5 עד 7 פעמים הגודל המירבי. זה כי בזמן ההפעלה, הרוטור הוא תקוע, והחלפת s=1, מה שגורם לזרם מושרה גדול בערכות הרוטור.

מומנט ההפעלה הוא נמוך יחסית, במיוחד בהטענה מלאה, ואולי יהיה רק 1.5 עד 2 פעמים המומנט המירבי. כדי לשפר את ביצועי ההפעלה, ניתן להשתמש בהפעלות רכות או בהפעלות כוכב-דלתא כדי להפחית את זרם ההפעלה ולהגדיל את מומנט ההפעלה.

תהליך ההפעלה של מנוע הובלה הוא א-סינכרוני; המנוע מאיץ בהדרגה ממצב תקוע למהירות קרוב לסינכרונית אך לעולם לא מגיע למהירות מדויקת של סינכרוניזציה.

מנע סינכרון:

מאפייני ההפעלה של מנועי סינכרונים תלויים בסוג שלהם. עבור מנועי סינכרונים המשיגים את ההפעלה באופן עצמאי (כמו מנועי סינכרונים עם מגנטים קבועים או מנועי סינכרונים עם ערכות הפעלה), הם יכולים להתחיל בצורה א-סינכרונית כמו מנועי הובלה אבל מתעלמים לסינכרוניזציה על ידי מערכת ההנעה כשהם מתקרבים למהירות הסינכרונית.

עבור מנועי סינכרונים שאינם משיגים את ההפעלה באופן עצמאי, דרושים מכשירים חיצוניים (כמו מרתכי תדר או מנועים עוזרים) כדי לעזור להפעיל את המנוע עד שהוא מגיע למהירות הסינכרונית, ואז הוא יכול להיכנס לתפעול סינכרוני.

מנעי סינכרונים בדרך כלל מספקים מומנט הפעלה גבוה יותר, במיוחד אלה עם מערכות הנעה, שיכולות לספק מומנט משמעותי במהלך ההפעלה.

2. מאפייני פעולה יציבים

מנע הובלה:

מהירות מנוע הובלה היא פרופורציונלית לתדר האספקה אך תמיד מעט מתחת למהירות הסינכרונית. החלפת s מייצגת את ההבדל בין המהירות האמיתית למהירות הסינכרונית, בדרך כלל בין 0.01 ל-0.05 (כלומר 1% עד 5%). החלפת קטנה יותר מביאה ליעילות גבוהה יותר, אך פלט המומנט יורד בהתאם.

המאפיין של מומנט-מהירות במנע הובלה הוא פרבולי, עם מומנט מקסימלי שמתרחש בערך החלפת ספציפי (בדרך כלל החלפת הקריטית). כאשר ההטענה גדלה, המהירות יורדת מעט, אך המנוע ממשיך לפעול באופן יציב.

מקדם החשמל של מנוע הובלה הוא בדרך כלל נמוך, במיוחד בהטענה קלה או ללא הטענה, אולי עד 0.7. ככל שההטענה גדלה, מקדם החשמל משתפר.

מנע סינכרון:

מהירות מנוע הסינכרון היא במדויק פרופורציונלית לתדר האספקה וממשיכה להיות קבועה במהירות הסינכרונית, ללא קשר לשינויים בהטענה. זה מבטיח מהירות יציבה מאוד, מה שהופך את מנועי הסינכרון לחולקים המתאימים ליישומים שדורשים שליטה מדויקת במהירות.

המאפיין של מומנט-מהירות במנע סינכרון הוא קו אנכי, שמציין שהוא יכול לספק מומנט קבוע במהירות הסינכרונית ללא כל שינוי במהירות. אם ההטענה עולה על יכולת המומנט המקסימלית של המנוע, המנוע יאבד את הסינכרוניזציה וייפסק.

מנעי סינכרונים יכולים לשלוט במקדם החשמל על ידי שינוי הזרם ההנעה, מה שמאפשר להם לפעול במודים קONDENSORS או INDUCTORS. תכונה זו גורמת למנעי סינכרונים להיות שימושיים לשיפור מקדם החשמל של הרשת החשמלית.

3. מאפייני תגובה דינמית

מנע הובלה:

התגובה הדינמית של מנוע הובלה היא יחסית איטית, במיוחד כשיש שינוי פתאומי בהטענה. בשל התמדת הרוטור והתנגדות אלקטרומגנטית, יש זמן איחור למנוע להתאים לתנאי הטענה חדשים. זה יכול לגרום לשינויים במהירות, במיוחד ביישומים עם טענות כבדות או תחילות וסיומים תכופים.

טווח הבקרה של מהירות מנוע הובלה הוא מוגבל, בדרך כלל מושג על ידי שינוי תדר האספקה (למשל, באמצעות מרתך תדר משתנה). עם זאת, זה יכול להוביל להפחתת המומנט, במיוחד במהירויות נמוכות.

מנע סינכרון:

התגובה הדינמית של מנוע הסינכרון היא מהירה יותר, במיוחד כשיש שינוי בהטענה. מכיוון שהמהירות של המנוע היא תמיד סינכרונית לתדר האספקה, הוא יכול לשמור על מהירות יציבה גם בשינויים בהטענה. בנוסף, התגובה של המומנט במנע הסינכרון היא מהירה, ומספקת את המומנט הנדרש תוך זמן קצר.

מנעי סינכרונים יכולים להתאים את המומנט ומקדם החשמל על ידי שינוי הזרם ההנעה, מה שמציע שליטה גמישה יותר. שיטות שליטה מתקדמות כמו בקרה וקטורית או בקרה ישירה של מומנט (DTC) יכולות לשמש להשגת שליטה מדויקת במהירות ובמומנט.

4. יכולת עומס יתר והגנה

מנע הובלה:

מנעי הובלה יש להם יכולת עומס יתר מסוימת ויכולים לעמוד במטען 1.5 עד 2 פעמים המרבי למשך זמן קצר. עם זאת, עומס יתר ממושך יכול לגרום לקידוח, שדוחק את חומרי ההצפנה. לכן, מנועי הובלה בדרך כלל מצוידים בחומרים להגנה על עומס יתר, כגון רלאים תרמיים או חיישני טמפרטורה, כדי למנוע קידוח.

יכולת העמסת יתר של מנועי הובלה תלויה בתכניהם. לדוגמה, מנועי הובלה עם רוטור מעוקף בדרך כלל יש להם ביצועים טובים יותר של עומס יתר מאשר מנועי הובלה עם רוטור סנירי מכיוון שהזרם ברוטור יכול להיות מוסדר באמצעות 저ומרים חיצוניים.

מנע סינכרון:

מנעי סינכרונים יש להם יכולת עומס יתר חזקה, במיוחד אלה עם מערכות הנעה, שיכולות להתמודד עם 2 עד 3 פעמים המרבי למשך זמן קצר. עם זאת, עומס יתר ממושך יכול גם לגרום לקידוח.

מנעי סינכרונים מוגנים על ידי אמצעים שונים, כולל הגנה על זרם יתר, הגנה על אובדן צעד, והגנה על תקלה בהנעה. הגנה על אובדן צעד מונעת מהמנוע לאבד את הסינכרוניזציה תחת עומס יתר, בעוד הגנה על תקלה בהנעה מבטיחה את הפונקציונליות הנכונה של מערכת ההנעה.

5. סצנריות יישום

מנע הובלה:

מנעי הובלה נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה, חקלאות ומוצרי בית, במיוחד ביישומים בהם אין צורך בשליטה מדויקת במהירות. דוגמאות כוללות מאווררים, מנועי מים ומדחסים.

בגלל המבנה פשוט, המחיר הנמוך והתחזוקה הקלילה, מנועי הובלה הם לעתים קרובות הבחירה המועדפת עבור רבים מהיישומים.

מנע סינכרון:

מנעי סינכרונים מתאימים ליישומים שדורשים שליטה מדויקת במהירות, כמו מכונות מדויקות, מחוללים ומדחסים גדולים. יכולתם לשמור על מהירות קבועה ולספק מקדם חשמל גבוה גורמים להם להיות בעלי ערך במערכות חשמל לשיפור יעילות הרשת.

מנעי סינכרונים גם נמצאים בשימוש נרחב ביישומים הדורשים שליטה מדויקת במהירות והתגובה דינמית מהירה, כמו מערכות סרוו ורובוטיקה.

סיכום

• מנע הובלה: זרם הפעלה גבוה, מומנט הפעלה נמוך, מהירות מעט מתחת למהירות הסינכרונית, תגובה דינמית איטית, מתאים ליישומים תעשייתיים וביתיים כלליים.

• מנע סינכרון: מאפייני הפעלה תלויים בסוג, מהירות סינכרונית מדויקת, תגובה דינמית מהירה, מתאים ליישומים הדורשים שליטה מדויקת במהירות ושיפור מקדם החשמל.