อะไรคือダイナミクスของมอเตอร์เหนี่ยวนำและมอเตอร์ซิงโครนัส?

คุณลักษณะพลวัตของมอเตอร์เหนี่ยวนำและมอเตอร์ซิงโครนัส

มอเตอร์เหนี่ยวนำ (Induction Motor) และมอเตอร์ซิงโครนัส (Synchronous Motor) เป็นสองประเภทที่พบบ่อยของมอเตอร์กระแสสลับ โครงสร้าง การทำงาน และคุณลักษณะพลวัตของพวกเขามีความแตกต่างกันอย่างมาก ด้านล่างนี้เป็นการวิเคราะห์คุณลักษณะพลวัตของสองประเภทของมอเตอร์นี้:

1. คุณลักษณะการเริ่มต้น

มอเตอร์เหนี่ยวนำ:

มอเตอร์เหนี่ยวนำมักมีกระแสเริ่มต้นสูง โดยมักจะสูงถึง 5 ถึง 7 เท่าของกระแสจัดอัตรา เมื่อเริ่มต้น โรเตอร์จะอยู่ในสถานะหยุดนิ่ง และ slip s=1 ทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ในขดลวดโรเตอร์

แรงบิดเริ่มต้นค่อนข้างต่ำ โดยเฉพาะเมื่อมีโหลดเต็ม อาจมีเพียง 1.5 ถึง 2 เท่าของแรงบิดจัดอัตรา เพื่อปรับปรุงสมรรถนะการเริ่มต้น สามารถใช้ soft starters หรือ star-delta starters เพื่อลดกระแสเริ่มต้นและเพิ่มแรงบิดเริ่มต้น

กระบวนการเริ่มต้นของมอเตอร์เหนี่ยวนำเป็นแบบไม่ซิงโครนัส มอเตอร์จะเร่งความเร็วจากสถานะหยุดนิ่งไปจนถึงความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วซิงโครนัส แต่ไม่เคยถึงความเร็วซิงโครนัสที่แน่นอน

มอเตอร์ซิงโครนัส:

คุณลักษณะการเริ่มต้นของมอเตอร์ซิงโครนัสนั้นขึ้นอยู่กับประเภท สำหรับมอเตอร์ซิงโครนัสที่สามารถเริ่มต้นเองได้ (เช่น มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร หรือมอเตอร์ซิงโครนัสที่มีขดลวดเริ่มต้น) สามารถเริ่มต้นแบบไม่ซิงโครนัสเหมือนมอเตอร์เหนี่ยวนำ แต่จะถูกดึงเข้าสู่ภาวะซิงโครนัสโดยระบบกระตุ้นเมื่อเข้าใกล้ความเร็วซิงโครนัส

สำหรับมอเตอร์ซิงโครนัสที่ไม่สามารถเริ่มต้นเองได้ จะต้องใช้อุปกรณ์ภายนอก (เช่น อินเวอร์เตอร์ความถี่หรือมอเตอร์ช่วย) เพื่อช่วยเริ่มต้นมอเตอร์จนกว่าจะถึงความเร็วซิงโครนัส หลังจากนั้นจึงสามารถเข้าสู่การทำงานแบบซิงโครนัสได้

มอเตอร์ซิงโครนัสมักจะให้แรงบิดเริ่มต้นสูง โดยเฉพาะมอเตอร์ที่มีระบบกระตุ้น สามารถให้แรงบิดสูงในการเริ่มต้น

2. คุณลักษณะการทำงานในภาวะคงที่

มอเตอร์เหนี่ยวนำ:

ความเร็วของมอเตอร์เหนี่ยวนำมีสัดส่วนกับความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ แต่จะอยู่ใต้ความเร็วซิงโครนัสเสมอ slip s แทนความแตกต่างระหว่างความเร็วจริงและความเร็วซิงโครนัส โดยปกติอยู่ระหว่าง 0.01 ถึง 0.05 (คือ 1% ถึง 5%) slip ที่น้อยลงจะทำให้ประสิทธิภาพสูงขึ้น แต่แรงบิดที่ได้จะลดลงตามลำดับ

คุณลักษณะแรงบิด-ความเร็วของมอเตอร์เหนี่ยวนำเป็นรูปพาราโบลา แรงบิดสูงสุดเกิดขึ้นที่ค่า slip ที่เฉพาะเจาะจง (โดยทั่วไปคือ slip วิกฤติ) เมื่อโหลดเพิ่มขึ้น ความเร็วจะลดลงเล็กน้อย แต่มอเตอร์ยังคงทำงานอย่างมั่นคง

ค่ากำลังผลของมอเตอร์เหนี่ยวนำมักจะต่ำ โดยเฉพาะเมื่อมีโหลดเบาหรือไม่มีโหลด อาจต่ำถึง 0.7 เมื่อโหลดเพิ่มขึ้น ค่ากำลังผลจะดีขึ้น

มอเตอร์ซิงโครนัส:

ความเร็วของมอเตอร์ซิงโครนัสมีสัดส่วนกับความถี่ของแหล่งจ่ายไฟอย่างเคร่งครัด และคงที่ที่ความเร็วซิงโครนัส ไม่ว่าโหลดจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร ทำให้มีความเร็วที่มั่นคงสูง ทำให้มอเตอร์ซิงโครนัสถูกใช้ในแอปพลิเคชันที่ต้องการควบคุมความเร็วอย่างแม่นยำ

คุณลักษณะแรงบิด-ความเร็วของมอเตอร์ซิงโครนัสเป็นเส้นตรงแนวตั้ง แสดงว่ามันสามารถให้แรงบิดคงที่ที่ความเร็วซิงโครนัสโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงของความเร็ว หากโหลดเกินความสามารถของแรงบิดสูงสุดของมอเตอร์ มอเตอร์จะสูญเสียภาวะซิงโครนัสและหยุดทำงาน

มอเตอร์ซิงโครนัสมีความสามารถในการควบคุมค่ากำลังผลโดยการปรับกระแสกระตุ้น ทำให้สามารถทำงานในโหมดแคปซิทีฟหรืออินดักทีฟได้ คุณสมบัตินี้ทำให้มอเตอร์ซิงโครนัสมีประโยชน์ในการปรับปรุงค่ากำลังผลของระบบไฟฟ้า

3. คุณลักษณะการตอบสนองพลวัต

มอเตอร์เหนี่ยวนำ:

การตอบสนองพลวัตของมอเตอร์เหนี่ยวนำค่อนข้างช้า โดยเฉพาะเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงโหลดอย่างฉับพลัน เนื่องจากแรงเฉื่อยของโรเตอร์และแรงเฉื่อยแม่เหล็ก ทำให้มีเวลาล่าช้าในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพโหลดใหม่ ความล่าช้านี้อาจทำให้เกิดการแกว่งของความเร็ว โดยเฉพาะในแอปพลิเคชันที่มีโหลดหนักหรือการเปิด-ปิดบ่อยๆ

ช่วงควบคุมความเร็วของมอเตอร์เหนี่ยวนำจำกัด โดยทั่วไปทำได้โดยการเปลี่ยนความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ (เช่น ใช้ variable frequency drive) แต่อาจทำให้แรงบิดลดลง โดยเฉพาะที่ความเร็วต่ำ

มอเตอร์ซิงโครนัส:

การตอบสนองพลวัตของมอเตอร์ซิงโครนัสมีความรวดเร็ว โดยเฉพาะเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงโหลด เนื่องจากความเร็วของมอเตอร์จะซิงโครนัสกับความถี่ของแหล่งจ่ายไฟเสมอ ทำให้สามารถรักษาความเร็วที่มั่นคงได้แม้ภายใต้การเปลี่ยนแปลงโหลด นอกจากนี้ การตอบสนองแรงบิดของมอเตอร์ซิงโครนัสมีความรวดเร็ว ให้แรงบิดที่จำเป็นภายในระยะเวลาสั้นๆ

มอเตอร์ซิงโครนัสมีความสามารถในการปรับแรงบิดและค่ากำลังผลโดยการเปลี่ยนกระแสกระตุ้น ทำให้มีการควบคุมที่ยืดหยุ่นมากขึ้น วิธีการควบคุมขั้นสูง เช่น vector control หรือ direct torque control (DTC) สามารถใช้เพื่อให้การควบคุมความเร็วและแรงบิดที่แม่นยำ

4. ความสามารถในการรับโหลดเกินและระบบป้องกัน

มอเตอร์เหนี่ยวนำ:

มอเตอร์เหนี่ยวนำมีความสามารถในการรับโหลดเกินในระดับหนึ่ง และสามารถทนทานต่อโหลดเกิน 1.5 ถึง 2 เท่าของโหลดจัดอัตราได้เป็นระยะสั้น อย่างไรก็ตาม การโหลดเกินอย่างต่อเนื่องอาจทำให้เกิดความร้อนสูง ทำลายวัสดุฉนวน ดังนั้นมอเตอร์เหนี่ยวนำมักจะมีอุปกรณ์ป้องกันโหลดเกิน เช่น รีเลย์ความร้อนหรือเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ เพื่อป้องกันความร้อนสูง

ความสามารถในการรับโหลดเกินของมอเตอร์เหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับการออกแบบ ตัวอย่างเช่น มอเตอร์เหนี่ยวนำโรเตอร์ขดลวดมักจะมีสมรรถนะในการรับโหลดเกินที่ดีกว่ามอเตอร์โรเตอร์กรงกระรอก เนื่องจากสามารถควบคุมกระแสโรเตอร์โดยใช้ตัวต้านทานภายนอกได้

มอเตอร์ซิงโครนัส:

มอเตอร์ซิงโครนัสมีความสามารถในการรับโหลดเกินสูง โดยเฉพาะมอเตอร์ที่มีระบบกระตุ้น สามารถรับโหลดเกิน 2 ถึง 3 เท่าของโหลดจัดอัตราได้เป็นระยะสั้น อย่างไรก็ตาม การโหลดเกินอย่างต่อเนื่องอาจทำให้เกิดความร้อนสูงเช่นกัน

มอเตอร์ซิงโครนัสมีการป้องกันหลายวิธี รวมถึงการป้องกันกระแสเกิน การป้องกันการสูญเสียภาวะซิงโครนัส และการป้องกันข้อผิดพลาดของระบบกระตุ้น การป้องกันการสูญเสียภาวะซิงโครนัสป้องกันมอเตอร์จากการสูญเสียภาวะซิงโครนัสภายใต้โหลดเกิน ในขณะที่การป้องกันข้อผิดพลาดของระบบกระตุ้นทำให้ระบบกระตุ้นทำงานอย่างถูกต้อง

5. สถานการณ์การใช้งาน

มอเตอร์เหนี่ยวนำ:

มอเตอร์เหนี่ยวนำถูกใช้แพร่หลายในอุตสาหกรรม การเกษตร และเครื่องใช้ในบ้าน โดยเฉพาะในแอปพลิเคชันที่ไม่ต้องการควบคุมความเร็วอย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่น พัดลม ปั๊ม และคอมเพรสเซอร์

เนื่องจากโครงสร้างที่ง่าย ราคาถูก และการบำรุงรักษาที่ง่าย มอเตอร์เหนี่ยวนำมักจะเป็นทางเลือกที่นิยมสำหรับหลายแอปพลิเคชัน

มอเตอร์ซิงโครนัส:

มอเตอร์ซิงโครนัสมีความเหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการควบคุมความเร็วอย่างแม่นยำ เช่น เครื่องมือเครื่องจักรที่มีความแม่นยำ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และคอมเพรสเซอร์ขนาดใหญ่ ความสามารถในการรักษาความเร็วคงที่และให้ค่ากำลังผลสูงทำให้มอเตอร์ซิงโครนัสมีคุณค่าในการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้า

มอเตอร์ซิงโครนัสมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในแอปพลิเคชันที่ต้องการควบคุมความเร็วอย่างแม่นยำและการตอบสนองพลวัตรวดเร็ว เช่น ระบบเซอร์โวและหุ่นยนต์

สรุป

• มอเตอร์เหนี่ยวนำ: กระแสเริ่มต้นสูง แรงบิดเริ่มต้นต่ำ ความเร็วต่ำกว่าความเร็วซิงโครนัส การตอบสนองพลวัตช้า เหมาะสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมและครัวเรือนทั่วไป

• มอเตอร์ซิงโครนัส: คุณลักษณะการเริ่มต้นขึ้นอยู่กับประเภท ความเร็วซิงโครนัสเคร่งครัด การตอบสนองพลวัตรวดเร็ว เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการควบคุมความเร็วอย่างแม่นยำและการปรับปรุงค่ากำลังผล