Koje su dinamike indukcijskih i sinhronih motora?

Dinamičke karakteristike indukcijskih i sinkronih motora

Indukcijski motori (Induction Motor) i sinkroni motori (Synchronous Motor) su dve česte vrste AC motora. Značajno se razlikuju po strukturi, principima rada i dinamičkim karakteristikama. Ispod sledi analiza dinamičkih karakteristika ovih dveju vrsta motora:

1. Karakteristike pokretanja

Indukcijski motor:

Indukcijski motori obično imaju visok početni tok, često 5 do 7 puta veći od nominalnog toka. To je zato što je pri pokretanju rotor u mirovanju, a klizanje s=1, što dovodi do velikog indukovanih toka u rotoru.

Početni moment je relativno nizak, posebno pod punom opterećenosti, i može biti samo 1,5 do 2 puta veći od nominalnog momenta. Da bi se poboljšale karakteristike pokretanja, mogu se koristiti mehanički započetljači ili započetljači sa zvjezdano-delta povezivanjem kako bi se smanjio početni tok i povećao početni moment.

Proces pokretanja indukcijskog motora je asinkron; motor postepeno ubrzava iz stanja mirovanja do bliskosinkrone brzine, ali nikad ne dostiže tačnu sinkronost.

Sinkroni motor:

Karakteristike pokretanja sinkronih motora zavise od njihovog tipa. Za samozapočetljačne sinkronne motive (poput permanentnih magnetnih sinkronnih motora ili sinkronnih motora sa započetljačkim navojima), oni mogu da započnu asinkrono kao indukcijski motori, ali ih excitacioni sistem privlači u sinkronost kada se približavaju sinkronoj brzini.

Za nesamozapočetljačne sinkronne motive, obično su potrebni spoljnji uređaji (poput frekvencijskih pretvarača ili pomoćnih motora) kako bi pomogli motoru da se pokrene dok ne dostigne sinkronsku brzinu, nakon čega može da ulazi u sinkronski rad.

Sinkroni motori obično pružaju veći početni moment, posebno oni sa excitacionim sistemima, koji mogu da dostave značajan moment tokom pokretanja.

2. Karakteristike stabilnog rada

Indukcijski motor:

Brzina indukcijskog motora je proporcionalna snabdjevenoj frekvenciji, ali je uvek malo ispod sinkronne brzine. Klizanje s predstavlja razliku između stvarne brzine i sinkronne brzine, obično u opsegu od 0,01 do 0,05 (tj. 1% do 5%). Manje klizanje dovodi do veće efikasnosti, ali moment nastajanja odgovarajuće opada.

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

Faktor snage indukcijskog motora je obično nizak, posebno pod lakim ili bez opterećenja, može biti do 0,7. Kako se opterećenje povećava, faktor snage se poboljšava.

Sinkroni motor:

Brzina sinkronnog motora je strogo proporcionalna snabdjevenoj frekvenciji i ostaje konstantna na sinkronnoj brzini, bez obzira na promene opterećenja. Ovo osigurava visoku stabilnost brzine, što sinkronne motive čini pogodnim za primene koje zahtevaju preciznu kontrolu brzine.

Karakteristika momenata-brzine sinkronnog motora je vertikalna linija, što ukazuje da može da pruža konstantan moment na sinkronnoj brzini bez ikakve promene brzine. Ako preopterećenje premaši maksimalni moment motora, motor će izgubiti sinkronost i zaustaviti se.

Sinkronni motori mogu da kontrolišu faktor snage podešavanjem excitacionog toka, omogućavajući im da rade u kapacitivnom ili induktivnom režimu. Ova osobina čini sinkronne motive korisnim za poboljšanje faktora snage električne mreže.

3. Karakteristike dinamičkog odgovora

Indukcijski motor:

Dinamički odgovor indukcijskog motora je relativno spor, posebno kada se opterećenje izmeni iznenada. Zbog inercije rotora i elektromagnetne inercije, postoji kašnjenje u tome koliko motor treba da se prilagodi novim uslovima opterećenja. Ovo kašnjenje može dovesti do fluktuacija brzine, posebno u teškim opterećenjima ili čestim pokretanjima-zaustavljanjima.

Opseg kontrole brzine indukcijskog motora je ograničen, obično se postiže variranjem snabdjevene frekvencije (npr. korišćenjem frekvencijskog pretvarača). Međutim, to može dovesti do smanjenja momenta, posebno na nizkim brzinama.

Sinkroni motor:

Dinamički odgovor sinkronnog motora je brži, posebno kada se opterećenje menja. Budući da je brzina motora uvek sinhronizovana sa snabdjevenom frekvencijom, može održavati stabilnu brzinu čak i pod promenama opterećenja. Takođe, odgovor momenata sinkronnog motora je brz, pružajući potrebni moment u kratkom vremenu.

Sinkronni motori mogu da prilaze moment i faktor snage menjajući excitacioni tok, pružajući fleksibilniju kontrolu. Napredni metodi kontrole, poput vektorske kontrole ili direktna kontrola momenta (DTC), takođe se mogu koristiti kako bi se postigla precizna kontrola brzine i momenta.

4. Kapacitet preopterećenja i zaštita

Indukcijski motor:

Indukcijski motori imaju određeni kapacitet preopterećenja i mogu da izdrže 1,5 do 2 puta nominalno opterećenje za kratko vreme. Međutim, dugotrajno preopterećenje može dovesti do pregrejanja, oštećujući izolacioni materijal. Stoga su indukcijski motori obično opremljeni uređajima za zaštitu od preopterećenja, poput termoreleja ili senzora temperature, kako bi se sprečilo pregrejanje.

Kapacitet preopterećenja indukcijskih motora zavisi od njihovog dizajna. Na primer, indukcijski motori sa navojevima rotora obično imaju bolje performanse u pogledu preopterećenja nego motori sa klepcičnim rotorom, jer se tok u rotoru može regulisati koristeći spoljne otpornike.

Sinkroni motor:

Sinkronni motori imaju snažan kapacitet preopterećenja, posebno oni sa excitacionim sistemima, koji mogu da izdrže 2 do 3 puta nominalno opterećenje za kratko vreme. Međutim, dugotrajno preopterećenje takođe može dovesti do pregrejanja.

Sinkronni motori su zaštićeni različitim metodama, uključujući zaštitu od preopterećenja, zaštitu od gubitka koraka i zaštitu od greške u excitacionom sistemu. Zaštita od gubitka koraka sprečava motor da izgubi sinkronost pod prevelikim opterećenjem, dok zaštita od greške u excitacionom sistemu osigurava pravilan rad excitacionog sistema.

5. Scenariji primene

Indukcijski motor:

Indukcijski motori su široko korišćeni u industriji, poljoprivredu i kućanskim aparaturama, posebno u primenama gde nije potrebna visoka preciznost kontrole brzine. Primeri uključuju ventilatore, pumpe i kompresore.

Zbog jednostavne strukture, niske cene i lakoće održavanja, indukcijski motori često predstavljaju preferiranu opciju za mnoge primene.

Sinkroni motor:

Sinkronni motori su pogodni za primene koje zahtevaju visoku preciznost kontrole brzine, poput preciznih mašinskih alata, generatora i velikih kompresora. Njihova sposobnost održavanja konstantne brzine i pružanja visokog faktora snage čini ih vrednim u energetskim sistemima za poboljšanje efikasnosti mreže.

Sinkronni motori su takođe široko korišćeni u primenama koje zahtevaju preciznu kontrolu brzine i brz dinamički odgovor, poput servo sistema i robotike.

Sažetak

• Indukcijski motor: Visok početni tok, niži početni moment, brzina malo ispod sinkronne brzine, sporiji dinamički odgovor, pogodan za opšte industrijske i kućanske primene.

• Sinkroni motor: Karakteristike pokretanja zavise od tipa, stroga sinkrona brzina, brz dinamički odgovor, pogodan za primene koje zahtevaju visoku preciznost kontrole brzine i poboljšanje faktora snage.