Vad är dynamiken för induktions- och synkronmotorn?

Dynamiska Egenskaper hos Induktionsmotorer och Synkronmotorer

Induktionsmotorer (Induction Motor) och synkronmotorer (Synchronous Motor) är två vanliga typer av växelströmsmotorer. De skiljer sig betydligt i struktur, driftprinciper och dynamiska egenskaper. Nedan följer en analys av de dynamiska egenskaperna för dessa två motorer:

1. Startegenskaper

Induktionsmotor:

Induktionsmotorer har normalt en hög startström, ofta 5 till 7 gånger den nominella strömmen. Detta beror på att vid start är roteraren stillastående, och glidningen s=1, vilket orsakar en stor inducerad ström i roteringsvindningarna.

Startmomentet är relativt lågt, särskilt under full belastning, och kan vara bara 1,5 till 2 gånger det nominella momentet. För att förbättra startprestanda kan mjuka startare eller stjärn-deltastartare användas för att minska startströmmen och öka startmomentet.

Startprocessen för en induktionsmotor är asynkron; motorn accelererar gradvis från ett stillastående till nära synkronhastighet men når aldrig exakt synkronism.

Synkronmotor:

Startegenskaperna för synkronmotorer beror på deras typ. För själstartande synkronmotorer (som permanentmagnetiska synkronmotorer eller synkronmotorer med startvindningar) kan de starta asynkront som induktionsmotorer men dras in i synkronism av anregningssystemet när de närmar sig synkronhastigheten.

För icke-själstartande synkronmotorer krävs vanligtvis externa enheter (som frekvensomvandlare eller hjälpmotorer) för att hjälpa motorn att starta tills den når synkronhastigheten, efter vilken den kan gå in i synkron drift.

Synkronmotorer ger generellt sett högre startmoment, särskilt de med anregningssystem, vilka kan leverera betydande moment vid start.

2. Stabil Driftsegenskaper

Induktionsmotor:

Hastigheten för en induktionsmotor är proportionell mot nätets frekvens men är alltid något under synkronhastigheten. Glidningen s representerar skillnaden mellan den faktiska hastigheten och synkronhastigheten, vanligtvis mellan 0,01 och 0,05 (dvs. 1% till 5%). En mindre glidning ger högre effektivitet, men momentutmatningen minskar därefter.

Moment-hastighetskaraktäristiken för en induktionsmotor är parabelformad, med maxmoment vid en specifik glidningsvärde (vanligtvis kritisk glidning). När belastningen ökar minskar hastigheten något, men motorn upprätthåller stabil drift.

Effektfaktorn för en induktionsmotor är vanligtvis låg, särskilt under lätt eller ingen belastning, möjligtvis så låg som 0,7. När belastningen ökar förbättras effektfaktorn.

Synkronmotor:

Hastigheten för en synkronmotor är strikt proportionell mot nätets frekvens och hålls konstant vid synkronhastigheten, oavsett belastningsändringar. Detta säkerställer en mycket stabil hastighet, vilket gör synkronmotorer lämpliga för applikationer som kräver precist hastighetskontroll.

Moment-hastighetskaraktäristiken för en synkronmotor är en lodrät linje, vilket indikerar att den kan ge konstant moment vid synkronhastighet utan några förändringar i hastighet. Om belastningen överstiger motorernas maximala momentförmåga kommer motorn att förlora synkronism och stoppa.

Synkronmotorer kan kontrollera effektfaktorn genom att justera anregningsströmmen, vilket gör att de kan drifta i antingen kapacitiv eller induktiv mod. Denna funktion gör synkronmotorer användbara för att förbättra effektfaktorn i elnätet.

3. Dynamiska Svarsegenskaper

Induktionsmotor:

Det dynamiska svaret för en induktionsmotor är relativt långsamt, särskilt när belastningen ändras plötsligt. På grund av roterarens tröghet och elektromagnetiska tröghet finns det en fördröjning för motorn att anpassa sig till nya belastningsförhållanden. Denna fördröjning kan orsaka hastighetsfluktuationer, särskilt i tungbelastade eller frekventa start-stoppsapplikationer.

Hastighetskontrollområdet för en induktionsmotor är begränsat, vanligtvis uppnådd genom att variera nätets frekvens (t.ex. genom att använda en frekvensomvandlare). Detta kan dock leda till en minskning av momentet, särskilt vid låga hastigheter.

Synkronmotor:

Det dynamiska svaret för en synkronmotor är snabbare, särskilt när belastningen ändras. Eftersom motorernas hastighet alltid är synkroniserad med nätets frekvens kan de bibehålla en stabil hastighet även under belastningsvariationer. Dessutom är momentsvaret för en synkronmotor snabbt, vilket ger det nödvändiga momentet inom kort tid.

Synkronmotorer kan justera moment och effektfaktor genom att ändra anregningsströmmen, vilket ger mer flexibel kontroll. Avancerade kontrollmetoder som vektorstyring eller direktmomentkontroll (DTC) kan också användas för att uppnå precist hastighets- och momentkontroll.

4. Överbelastningskapacitet och Skydd

Induktionsmotor:

Induktionsmotorer har en viss överbelastningskapacitet och kan tåla 1,5 till 2 gånger den nominella belastningen under en kort period. Prolongerad överbelastning kan dock orsaka överhettning, vilket skadar isoleringsmaterial. Därför är induktionsmotorer vanligtvis utrustade med överbelastningsskyddsenheter, som termorelar eller temperaturgivare, för att förhindra överhettning.

Överbelastningskapaciteten för induktionsmotorer beror på deras design. Till exempel har vindningsroterade induktionsmotorer generellt bättre överbelastningsprestanda än korgroterade motorer eftersom roteringsströmmen kan regleras med externa resistanser.

Synkronmotor:

Synkronmotorer har en stark överbelastningskapacitet, särskilt de med anregningssystem, vilka kan hantera 2 till 3 gånger den nominella belastningen under en kort period. Prolongerad överbelastning kan dock också leda till överhettning.

Synkronmotorer skyddas på olika sätt, inklusive överströmskydd, förlust av stegskydd och anregningsfelsskydd. Förlust av stegskydd förhindrar att motorn förlorar synkronism under överdriven belastning, medan anregningsfelsskydd säkerställer att anregningssystemet fungerar korrekt.

5. Applikationsområden

Induktionsmotor:

Induktionsmotorer används flitigt inom industri, jordbruk och hushållsapparater, särskilt i applikationer där högprecision i hastighetskontroll inte krävs. Exempel inkluderar fläktar, pumpar och kompressorer.

På grund av sin enkla struktur, låga kostnad och lätta underhåll är induktionsmotorer ofta den föredragna valen för många applikationer.

Synkronmotor:

Synkronmotorer är lämpliga för applikationer som kräver högprecision i hastighetskontroll, som precisionssverksverktyg, generatorer och stora kompressorer. Deras förmåga att behålla en konstant hastighet och ge en hög effektfaktor gör dem värdefulla i energisystem för att förbättra nätets effektivitet.

Synkronmotorer används också flitigt i applikationer som kräver precist hastighetskontroll och snabbt dynamiskt svar, som servosystem och robotteknik.

Sammanfattning

• Induktionsmotor: Hög startström, lägre startmoment, hastighet något under synkronhastighet, långsammare dynamiskt svar, lämplig för allmänna industri- och hushållsapplikationer.

• Synkronmotor: Startegenskaper beroende på typ, strikt synkronhastighet, snabbt dynamiskt svar, lämplig för applikationer som kräver högprecision i hastighetskontroll och förbättring av effektfaktorn.