Kakšne so dinamike indukcijskih in sinhronih motorjev?

Dinamične značilnosti indukcijskih in sinhronih motorjev

Indukcijski motorji (Induction Motor) in sinhroni motorji (Synchronous Motor) sta dva pogosta tipa AC motorjev. Razlikujeta se zelo v strukturi, načinu delovanja in dinamičnih značilnostih. Spodaj je analiza dinamičnih značilnosti teh dveh vrst motorjev:

1. Značilnosti zaganjanja

Indukcijski motor:

Indukcijski motorji običajno imajo visok tok pri zaganjanju, pogosto 5 do 7-krat večji od nominalnega toka. To je zaradi tega, ker je rotor ob zaganjanju stacionaren, in klizanje s=1, kar povzroči velik induktivni tok v rotorovih navojih.

Zagonski navor je relativno nizek, še posebej ob polnem bremenu, in je lahko le 1,5 do 2-krat večji od nominalnega navora. Za izboljšanje zagonskih lastnosti se lahko uporabijo mehki zagoni ali zvezdasto-deltasti zagoni, ki zmanjšajo zagonski tok in povečajo zagonski navor.

Postopek zaganjanja indukcijskega motorja je asinhron; motor postopoma pospešuje iz stacionarnega stanja do skoraj sinhronne hitrosti, vendar nikoli ne doseže točno sinhronnost.

Sinhroni motor:

Značilnosti zaganjanja sinhronih motorjev odvisne so od njihove vrste. Za samozagonne sinhronne motorje (na primer trajni magnetni sinhronni motorji ali sinhronni motorji z zagonskimi navoji) lahko začnejo asinhrono, podobno indukcijskim motorjem, vendar jih sistem pobude vleče v sinhronnost, ko se približajo sinhronni hitrosti.

Za ne-samozagonne sinhronne motorje je običajno potrebno zunanje naprave (na primer frekvenčni pretvorci ali pomočni motorji), da pomagajo zagnati motor, dokler ne doseže sinhronne hitrosti, po tem pa lahko preide v sinhronno delovanje.

Sinhroni motorji običajno zagotavljajo višji zagonski navor, še posebej ti z sistemom pobude, ki lahko med zagonom zagotovi značilen navor.

2. Značilnosti stalnega delovanja

Indukcijski motor:

Hitrost indukcijskega motorja je sorazmerna s frekvenco napajanja, vendar je vedno malo nižja od sinhronne hitrosti. Klizanje s predstavlja razliko med dejansko hitrostjo in sinhronno hitrostjo, običajno v obsegu od 0,01 do 0,05 (tj. 1% do 5%). Manjše klizanje pomeni višjo učinkovitost, vendar se navor ustrezno zmanjša.

Značilnost navor-hitrost indukcijskega motorja je parabolična, z maksimalnim navorom na določenem vrednosti klizanja (običajno kritično klizanje). Ko se breme poveča, se hitrost malo zmanjša, vendar motor ohranja stabilno delovanje.

Faktor moči indukcijskega motorja je običajno nizek, še posebej ob lahkem ali brezbremenem delovanju, morda tako nizek kot 0,7. S povečanjem bremena se faktor moči izboljša.

Sinhroni motor:

Hitrost sinhronnega motorja je strogo sorazmerna s frekvenco napajanja in ostane konstantna pri sinhronni hitrosti, ne glede na spremembe bremena. To zagotavlja zelo stabilno hitrost, kar sinhronne motorje čini primernimi za uporabo, ki zahteva natančno nadzor hitrosti.

Značilnost navor-hitrost sinhronnega motorja je vertikalna črta, kar pomeni, da lahko na sinhronni hitrosti zagotovi konstanten navor brez sprememb hitrosti. Če preseže največji navor motorja, motor izgubi sinhronnost in ustavi.

Sinhronni motorji lahko nadzirajo faktor moči s prilagajanjem pobudnega toka, kar jim omogoča delovanje v kapacitivnem ali induktivnem načinu. Ta značilnost sinhronnih motorjev jih čini uporabnimi za izboljšanje faktorja moči električne mreže.

3. Dinamične odzivne značilnosti

Indukcijski motor:

Dinamični odziv indukcijskega motorja je relativno počasen, še posebej ob nenadnem spremembi bremena. Zaradi trčnosti rotorja in elektromagnetne trčnosti je čas zamika, da se motor prilagodi novim pogoji bremena. Ta zamik lahko povzroči fluktuacije hitrosti, še posebej pri težkih bremenih ali pogostem vklop-izklop.

Razpon nadzora hitrosti indukcijskega motorja je omejen, običajno dosežen z spreminjanjem frekvence napajanja (na primer z uporabo frekvenčnega pogona). Vendar to lahko vodi do zmanjšanja navora, še posebej pri nizkih hitrostih.

Sinhroni motor:

Dinamični odziv sinhronnega motorja je hitrejši, še posebej ob spremembi bremena. Ker je hitrost motorja vedno sinhronizirana s frekvenco napajanja, lahko ohranja stabilno hitrost tudi ob spremembah bremena. Dodatno je odziv navora sinhronnega motorja hitër, ki zagotavlja potreben navor v kratkem času.

Sinhronni motorji lahko prilagajajo navor in faktor moči s spreminjanjem pobudnega toka, kar ponuja boljši nadzor. Napredne metode nadzora, kot je vektorski nadzor ali direktni nadzor navora (DTC), se lahko uporabljajo za natančen nadzor hitrosti in navora.

4. Preobremenitvena zmogljivost in zaščita

Indukcijski motor:

Indukcijski motorji imajo določeno preobremenitveno zmogljivost in lahko za kratko obdobje prenašajo 1,5 do 2-krat večje breme. Vendar dolgotrajna preobremenitev lahko povzroči pregrevanje, kar poškoduje izolacijsko material. Zato so indukcijski motorji običajno opremljeni z napravami za zaščito pred preobremenitvijo, kot so termični releji ali senzorji temperature, da preprečijo pregrevanje.

Preobremenitvena zmogljivost indukcijskih motorjev je odvisna od njihovega dizajna. Na primer, indukcijski motorji s navojenim rotorjem običajno imajo boljšo preobremenitveno zmogljivost kot motorji s kletvi, ker se tok v rotorju lahko regulira z zunanjimi uporniki.

Sinhroni motor:

Sinhronni motorji imajo močno preobremenitveno zmogljivost, še posebej ti z sistemom pobude, ki lahko za kratko obdobje prenašajo 2 do 3-krat večje breme. Vendar dolgotrajna preobremenitev lahko tudi povzroči pregrevanje.

Sinhronni motorji so zaščiteni z različnimi metodami, vključno z zaščito pred prevelikim tokom, zaščito pred izgubo koraka in zaščito pred napako pobude. Zaščita pred izgubo koraka preprečuje, da motor izgubi sinhronnost ob prevelikem bremenu, medtem ko zaščita pred napako pobude zagotavlja pravilno delovanje sistema pobude.

5. Uporabni scenariji

Indukcijski motor:

Indukcijski motorji so široko uporabljeni v industriji, kmetijstvu in gospodinjskih aparatah, zlasti v aplikacijah, kjer ni potrebno visoko natančno nadzirati hitrosti. Primeri vključujejo ventilatorje, črpalki in kompresorje.

Zaradi preproste strukture, nizke cene in enostavnosti vzdrževanja so indukcijski motorji pogosto preferirani izbor za mnoge uporabe.

Sinhroni motor:

Sinhronni motorji so primernejši za uporabe, ki zahtevajo visoko natančen nadzor hitrosti, kot so natančni strojni orodja, generatorji in veliki kompresorji. Njihova sposobnost ohranjanja konstantne hitrosti in zagotavljanja visokega faktorja moči jih čini dragocenimi v sistemu moči za izboljšanje učinkovitosti mreže.

Sinhronni motorji so tudi široko uporabljeni v aplikacijah, ki zahtevajo natančen nadzor hitrosti in hitre dinamični odziv, kot so servo sistemi in robotika.

Povzetek

• Indukcijski motor: Visok tok pri zaganjanju, nižji zagonski navor, hitrost malo nižja od sinhronne hitrosti, počasnejši dinamični odziv, primeren za splošne industrijske in gospodinjske uporabe.

• Sinhroni motor: Značilnosti zaganjanja so odvisne od vrste, stroga sinhronna hitrost, hitrejši dinamični odziv, primeren za uporabe, ki zahtevajo visoko natančen nadzor hitrosti in izboljšanje faktorja moči.