Hva er dynamikken ved induksjons- og synkronmotorer?

Dynamiske egenskaper ved induksjonsmotorer og synkronmotorer

Induksjonsmotorer (Induction Motor) og synkronmotorer (Synchronous Motor) er to vanlige typer av vekselstrømsmotorer. De skiller seg vesentlig i struktur, driftsprinsipp og dynamiske egenskaper. Her følger en analyse av de dynamiske egenskapene til disse to typene motorer:

1. Startegenskaper

Induksjonsmotor:

Induksjonsmotorer har vanligvis høy startstrøm, ofte 5 til 7 ganger den nominerte strømmen. Dette skyldes at ved start er rotor stillestående, og glid s=1, som fører til stor indusert strøm i rotorvindingene.

Startmomentet er relativt lavt, spesielt under full belastning, og kan være bare 1,5 til 2 ganger det nominerte momentet. For å forbedre startytelsen, kan myke startere eller stjerne-delta-startere brukes for å redusere startstrømmen og øke startmomentet.

Startprosessen for en induksjonsmotor er asynkron; motoren akselererer gradvis fra en stillestående tilstand til nær-synkron hastighet, men når aldri nøyaktig synkronisme.

Synkronmotor:

Startegenskapene til synkronmotorer avhenger av deres type. For selvestartende synkronmotorer (som permanente magnetmotorer eller synkronmotorer med startvindinger), kan de starte asynkront som induksjonsmotorer, men blir trukket inn i synkronisme av oppladningsystemet når de nærmer seg synkron hastighet.

For ikke-selvestartende synkronmotorer, er eksterne enheter (som frekvensomformer eller hjelpemotorer) vanligvis nødvendige for å hjelpe med å starte motoren inntil den når synkron hastighet, etter hvilken den kan gå over til synkron drift.

Synkronmotorer gir generelt høyere startmoment, spesielt de med oppladningsystem, som kan levere betydelig moment under start.

2. Stabil driftsegenskaper

Induksjonsmotor:

Hastigheten til en induksjonsmotor er proporsjonal med strømfrekvensen, men er alltid litt under synkron hastighet. Glid s representerer forskjellen mellom faktisk hastighet og synkron hastighet, vanligvis fra 0,01 til 0,05 (dvs. 1% til 5%). Et mindre glid resulterer i høyere effektivitet, men momentutdata minker tilsvarende.

Moment-hastighetsegenskapen til en induksjonsmotor er parabelformet, med maksimalt moment ved en spesifikk glidverdi (vanligvis kritisk glid). Når belastningen øker, minker hastigheten litt, men motoren holder stabil drift.

Effektfaktoren til en induksjonsmotor er vanligvis lav, spesielt under lett eller ingen belastning, muligens så lav som 0,7. Som belastningen øker, forbedres effektfaktoren.

Synkronmotor:

Hastigheten til en synkronmotor er strengt proporsjonal med strømfrekvensen og forbli konstant ved synkron hastighet, uansett belastningsendringer. Dette sikrer høy stabil hastighet, noe som gjør synkronmotorer egnet for anvendelser som krever nøyaktig hastighetskontroll.

Moment-hastighetsegenskapen til en synkronmotor er en vertikal linje, som indikerer at den kan gi konstant moment ved synkron hastighet uten noen endring i hastighet. Hvis belastningen overstiger motorens maksimale momentkapasitet, vil motoren miste synkronisme og stoppe.

Synkronmotorer kan kontrollere effektfaktoren ved å justere oppladningsstrømmen, noe som lar dem operere i enten kapasitiv eller induktiv modus. Denne egenskapen gjør synkronmotorer nyttige for å forbedre effektfaktoren i elektriske nett.

3. Dynamiske responssegenskaper

Induksjonsmotor:

Den dynamiske responsen til en induksjonsmotor er relativt treg, spesielt når belastningen endres plutselig. På grunn av rotors inertial og elektromagnetisk inertial, er det en forsinkelse før motoren tilpasser seg nye belastningsforhold. Denne forsinkelsen kan føre til hastighetsfluktueringer, spesielt i tungbelasted eller hyppige start-stoppsituasjoner.

Hastighetskontrollområdet for en induksjonsmotor er begrenset, vanligvis oppnådd ved å variere strømfrekvensen (f.eks. ved bruk av frekvensomformer). Dette kan imidlertid føre til en reduksjon i moment, spesielt ved lave hastigheter.

Synkronmotor:

Den dynamiske responsen til en synkronmotor er raskere, spesielt når belastningen endres. Siden motorhastigheten alltid er synkronisert med strømfrekvensen, kan den opprettholde stabil hastighet selv under belastningsvariasjoner. I tillegg er momentresponsen til en synkronmotor rask, og den leverer nødvendig moment innen kort tid.

Synkronmotorer kan justere moment og effektfaktor ved å endre oppladningsstrømmen, noe som gir mer fleksibel kontroll. Avanserte kontrollmetoder som vektorkontroll eller direkte momentkontroll (DTC) kan også brukes for å oppnå nøyaktig hastighets- og momentkontroll.

4. Overbelastningskapasitet og beskyttelse

Induksjonsmotor:

Induksjonsmotorer har en viss overbelastningskapasitet og kan takle 1,5 til 2 ganger den nominerte belastningen i kort tid. Imidlertid kan langvarig overbelasting føre til overoppvarming, noe som skader isoleringsmateriale. Derfor er induksjonsmotorer vanligvis utstyrt med overbelastningsbeskyttelsesenheter, som termiske reléer eller temperatursensorer, for å unngå overoppvarming.

Overbelastningskapasiteten til induksjonsmotorer avhenger av deres design. For eksempel har induksjonsmotorer med vindet rotor generelt bedre overbelastningsytelse enn kjernekassemotorer, da rotorstrømmen kan reguleres ved hjelp av eksterne motstander.

Synkronmotor:

Synkronmotorer har en sterk overbelastningskapasitet, spesielt de med oppladningsystem, som kan takle 2 til 3 ganger den nominerte belastningen i kort tid. Imidlertid kan langvarig overbelasting også føre til overoppvarming.

Synkronmotorer beskyttes på ulike måter, inkludert overstrømingsbeskyttelse, tap av trinn-beskyttelse og oppladningsfeil-beskyttelse. Tap av trinn-beskyttelse forhindrer motoren i å miste synkronisme under for stor belastning, mens oppladningsfeil-beskyttelse sikrer riktig funksjon av oppladningsystemet.

5. Anvendelsesscenarier

Induksjonsmotor:

Induksjonsmotorer er vidt utbredt i industri, landbruk og huslig apparatur, spesielt i anvendelser der høypræcis hastighetskontroll ikke er nødvendig. Eksempler inkluderer ventilatorer, pumper og kompressorer.

På grunn av sin enkle struktur, lav kostnad og letthet i vedlikehold, er induksjonsmotorer ofte foretrukket valg for mange anvendelser.

Synkronmotor:

Synkronmotorer er egnet for anvendelser som krever høypræcis hastighetskontroll, som presis maskinværktøy, generatorer og store kompressorer. Deres evne til å opprettholde konstant hastighet og gi høy effektfaktor gjør dem verdifulle i kraftsystemer for å forbedre nettetts effektivitet.

Synkronmotorer er også vidt utbredt i anvendelser som krever presis hastighetskontroll og rask dynamisk respons, som servo-systemer og robotikk.

Oppsummering

• Induksjonsmotor: Høy startstrøm, lavere startmoment, hastighet litt under synkron hastighet, treigere dynamisk respons, egnet for generell industri- og huslig anvendelse.

• Synkronmotor: Startegenskaper avhenger av typen, streng synkron hastighet, rask dynamisk respons, egnet for anvendelser som krever høypræcis hastighetskontroll og forbedring av effektfaktor.