Koji su dinamici indukcijskih i sinhronih motora?

Dinamičke karakteristike indukcijskih motora i sinkronih motora

Indukcijski motori (Induction Motor) i sinkroni motori (Synchronous Motor) su dva uobičajena tipa AC motora. Značajno se razlikuju po strukturi, principima rada i dinamičkim karakteristikama. U nastavku je analiza dinamičkih karakteristika ovih dvaju tipova motora:

1. Karakteristike pokretanja

Indukcijski motor:

Indukcijski motori obično imaju visok početni struja, često 5 do 7 puta veću od nominalne. To je zato što je na početku rotor stacionaran, a klizanje s=1, što uzrokuje veliku induciranu struja u rotoru.

Početni moment je relativno nizak, posebno pod punim opterećenjem, i može biti samo 1,5 do 2 puta veći od nominalnog momenta. Da bi se poboljšale karakteristike pokretanja, mogu se koristiti mehanički releji ili zvijezda-delta releji kako bi se smanjila početna struja i povećao početni moment.

Proces pokretanja indukcijskog motora je asinkron; motor postepeno ubrzava od stacionarnog stanja do blizu-sinkronne brzine, ali nikad ne doseže točnu sinkronnost.

Sinkroni motor:

Karakteristike pokretanja sinkronih motora ovisi o njihovom tipu. Za samopokretna sinkrona motora (poput trajnih magnetskih sinkronih motora ili sinkronih motora s pokretnim zavojnicama), oni mogu pokrenuti asinkrono kao indukcijski motori, ali ih excitacijski sustav privlači u sinkronnost kada se približavaju sinkronnoj brzini.

Za sinkrone motive koji se ne mogu sami pokrenuti, obično su potrebni vanjski uređaji (poput frekvencijskih pretvarača ili pomoćnih motora) kako bi pomogli motoru da se pokrene dok ne dosegnu sinkronnu brzinu, nakon čega mogu ulaziti u sinkronni rad.

Sinkroni motori obično pružaju veći početni moment, posebno oni s excitacijskim sustavima, koji mogu dostaviti značajan moment tijekom pokretanja.

2. Karakteristike stalnog radnog stanja

Indukcijski motor:

Brzina indukcijskog motora proporcionalna je frekvenciji napajanja, ali uvijek je malo ispod sinkronne brzine. Klizanje s predstavlja razliku između stvarne brzine i sinkronne brzine, obično u rasponu od 0,01 do 0,05 (tj. 1% do 5%). Manje klizanje rezultira više efikasnosti, ali snaga momenta smanjuje se odgovarajuće.

Karakteristika momenata-brzina indukcijskog motora je parabolična, s maksimalnim momentom koji se javlja na određenoj vrijednosti klizanja (obično kritično klizanje). Kada se opterećenje poveća, brzina malo opada, ali motor održava stabilan rad.

Faktor snage indukcijskog motora obično je nizak, posebno pod lakim ili bez opterećenja, može biti čak i 0,7. S povećanjem opterećenja faktor snage se poboljšava.

Sinkroni motor:

Brzina sinkronog motora strogo je proporcionalna frekvenciji napajanja i ostaje konstantna na sinkronnoj brzini, bez obzira na promjene opterećenja. To osigurava visoku stabilnost brzine, čime sinkroni motori postaju prikladni za primjene koje zahtijevaju preciznu kontrolu brzine.

Karakteristika momenata-brzina sinkronog motora je vertikalna linija, što ukazuje na to da može pružati konstantan moment na sinkronnoj brzini bez bilo kakve promjene brzine. Ako preopterećenje premaši maksimalnu sposobnost motora, motor će izgubiti sinkronnost i zaustaviti se.

Sinkroni motori mogu kontrolirati faktor snage prilagođavanjem excitacijske struje, omogućujući im da rade u kapacitivnom ili induktivnom modu. Ova značajka čini sinkronne motive korisnim za poboljšanje faktora snage električne mreže.

3. Karakteristike dinamičkog odgovora

Indukcijski motor:

Dinamički odgovor indukcijskog motora relativno je spori, posebno kada se opterećenje iznenada promjeni. Zbog inercije rotora i elektromagnetske inercije, postoji vremenski odmak pri kojem motor prilagodi novim uslovima opterećenja. Ovaj odmak može uzrokovati fluktuacije brzine, posebno u primjenama s teškim opterećenjem ili čestim pokretanjem i zaustavljanjem.

Raspon kontrole brzine indukcijskog motora ograničen je, obično se postiže variranjem frekvencije napajanja (npr. korištenjem variabilnog frekvencijskog upravljača). Međutim, to može dovesti do smanjenja momenta, posebno na niskim brzinama.

Sinkroni motor:

Dinamički odgovor sinkronog motora brži je, posebno kada se opterećenje mijenja. Budući da je brzina motora uvijek sinkronizirana s frekvencijom napajanja, može održavati stabilnu brzinu čak i pod varijacijama opterećenja. Također, odgovor momenta sinkronog motora je brz, pružajući potreban moment u kratkom vremenu.

Sinkroni motori mogu prilagoditi moment i faktor snage mijenjanjem excitacijske struje, nudeći fleksibilniju kontrolu. Napredne metode upravljanja poput vektorske kontrole ili direktnog upravljanja momentom (DTC) također se mogu koristiti za postizanje precizne kontrole brzine i momenta.

4. Kapacitet preopterećenja i zaštita

Indukcijski motor:

Indukcijski motori imaju određeni kapacitet preopterećenja i mogu podnositi 1,5 do 2 puta veće opterećenje od nominalnog za kratko vrijeme. Međutim, dugotrajno preopterećenje može dovesti do pregrejavanja, oštećujući izolacijski materijal. Stoga su indukcijski motori obično opremljeni uređajima za zaštitu od preopterećenja, poput termoreleja ili senzora temperature, kako bi se sprečilo pregrejavanje.

Kapacitet preopterećenja indukcijskih motora ovisi o njihovom dizajnu. Na primjer, indukcijski motori s namotanim rotorom obično imaju bolje performanse pri preopterećenju od motorâ s klepetnim rotorom jer se struja u rotoru može regulirati koristeći vanjske otpornike.

Sinkroni motor:

Sinkroni motori imaju jak kapacitet preopterećenja, posebno oni s excitacijskim sustavima, koji mogu podnositi 2 do 3 puta veće opterećenje od nominalnog za kratko vrijeme. Međutim, dugotrajno preopterećenje također može dovesti do pregrejavanja.

Sinkroni motori zaštićeni su različitim metodama, uključujući zaštitu od prevelike struje, zaštitu od gubitka koraka i zaštitu od greške excitacije. Zaštita od gubitka koraka sprečava motor da izgubi sinkronnost pod prevelikim opterećenjem, dok zaštita od greške excitacije osigurava pravilan rad excitacijskog sustava.

5. Primjene

Indukcijski motor:

Indukcijski motori široko se koriste u industriji, poljoprivredu i kućanskim uređajima, posebno u primjenama gdje nije potrebno visoko precizno upravljanje brzinom. Primjeri uključuju ventilatore, pumpe i kompresore.

Zahvaljujući jednostavnoj strukturi, niskoj cijeni i lakości održavanja, indukcijski motori često su izbor za mnoge primjene.

Sinkroni motor:

Sinkroni motori prikladni su za primjene koje zahtijevaju visoku preciznost upravljanja brzinom, poput preciznih mašinskih alata, generatora i velikih kompresora. Njihova sposobnost održavanja konstantne brzine i pružanja visokog faktora snage čini ih vrijednim u energetskim sustavima za poboljšanje učinkovitosti mreže.

Sinkroni motori također se široko koriste u primjenama koje zahtijevaju precizno upravljanje brzinom i brzi dinamički odgovor, poput servo sistema i robotike.

Sažetak

• Indukcijski motor: Visoka početna struja, niži početni moment, brzina malo ispod sinkronne brzine, sporiji dinamički odgovor, prikladan za opće industrijske i kućanske primjene.

• Sinkroni motor: Karakteristike pokretanja ovisi o tipu, stroga sinkronna brzina, brz dinamički odgovor, prikladan za primjene koje zahtijevaju visoku preciznost upravljanja brzinom i poboljšanje faktora snage.