Aké sú hlavné nevýhody používania striedavého motora v porovnaní s jednosmerným motorom v mojej aplikácii?

Priama odpoveď: Kde striedavé motory zaostávajú za jednosmernými motormi

Vo väčšine aplikácií, an AC motor je ťažšie presne ovládať, produkuje menší rozbehový moment na jednotku veľkosti a vyžaduje drahšiu riadiacu elektroniku ako porovnateľný jednosmerný motor. Ak vaša aplikácia závisí od jemnej regulácie otáčok, okamžitého krútiaceho momentu pri nulových otáčkach za minútu alebo jednoduchého napäťového ovládania z batériového zdroja, praktickejšou voľbou je zvyčajne jednosmerný motor. Striedavé motory stále vyhrávajú v robustnosti a dlhodobej údržbe, ale táto výhoda prichádza na úkor jednoduchosti ovládania, čo je hlavná nevýhoda, s ktorou sa používatelia znova a znova stretávajú.

Vo zvyšku tohto článku sa presne rozoberá, prečo striedavé motory vytvárajú tieto výzvy, pričom používa skôr konkrétne technické dôvody než vágne všeobecné informácie, takže sa môžete rozhodnúť, či majú kompromisy zmysel pre vaše konkrétne nastavenie.

Regulácia rýchlosti je podstatne zložitejšia

Rýchlosť striedavého motora je priamo viazaná na frekvenciu napájania a počet pólov motora podľa vzorca N = 120f/P. To znamená, že pokiaľ nezmeníte frekvenciu, otáčky motora zostanú zablokované blízko svojej synchrónnej hodnoty, iba mierne klesnú pri zaťažení v dôsledku sklzu. Naproti tomu jednosmerný motor mení rýchlosť takmer lineárne s aplikovaným napätím, vďaka čomu je triviálne spomalenie, zrýchlenie alebo jemné doladenie pomocou jednoduchého potenciometra alebo základného ovládača.

AC motor

Prečo je to dôležité v praxi

Ak vaša aplikácia potrebuje bežať pri inej ako pevnej rýchlosti, striedavý motor to nedokáže sám o sebe. Na elektronické nastavenie frekvencie potrebujete menič s premenlivou frekvenciou (VFD), čo pridáva vrstvu zložitosti, ktorú DC systém jednoducho nevyžaduje. Dokonca aj s nainštalovaným VFD je odozva ovládania zriedka taká hladká alebo rýchla ako to, čo natívne poskytuje jednosmerný motor.

• Rýchlosť striedavého motora je kvantovaná počtom pólov a frekvenciou linky, nie je voľne nastaviteľná
• Rýchlosť jednosmerného motora reaguje priamo a predvídateľne na zmeny napätia
• Dosiahnutie premenlivej rýchlosti striedavého prúdu zvyčajne pridáva 15 % až 30 % z celkových nákladov na systém po zahrnutí VFD

Slabší rozbehový krútiaci moment a menej predvídateľná kontrola krútiaceho momentu

Štandardné striedavé indukčné motory zvyčajne produkujú iba rozbehový krútiaci moment 150% až 250% menovitého krútiaceho momentu a tento krútiaci moment nie je plne k dispozícii, kým rotor nezačne skĺznuť proti rotujúcemu magnetickému poľu. Jednosmerný motor, najmä sériovo vinutý typ, môže poskytnúť veľmi vysoký krútiaci moment hneď z zastavenia, a preto sú jednosmerné motory bežné v aplikáciách, ako sú výťahy, žeriavy a elektrické vozidlá, kde záleží na okamžitej ťažnej sile.

Praktický vplyv na ťažké bremená

Ak má váš náklad vysoké statické trenie alebo sa potrebuje okamžite pohnúť pri plnom zaťažení, striedavý motor sa môže zastaviť alebo odobrať nadmerný prúd pri pokuse prekonať tento počiatočný odpor. Inžinieri často musia predimenzovať striedavý motor, len aby zaručili dostatočný rozbehový krútiaci moment, čo zvyšuje fyzickú stopu aj elektrickú spotrebu systému v porovnaní s vhodne dimenzovanou alternatívou jednosmerného prúdu.

Vyššie náklady na požadovanú riadiacu elektroniku

Základný striedavý motor je sám o sebe lacný, ale v momente, keď vaša aplikácia potrebuje reguláciu rýchlosti, pozvoľný štart alebo presné polohovanie, skutočné náklady sa prejavia v riadiacom hardvéri. VFD, softštartéry a kódovače potrebné na to, aby sa AC motor správal predvídateľne, môžu zdvojnásobiť alebo strojnásobiť celkové náklady na systém v pomere k základnej cene motora. Systémy jednosmerných motorov, najmä tie menšie, často nepotrebujú na dosiahnutie podobnej funkčnosti nič viac ako jednoduchý PWM regulátor.

Kam idú ďalšie výdavky

1. Pohony s premenlivou frekvenciou na nastavenie rýchlosti
2. Kódovače alebo rozkladače pre spätnú väzbu o polohe
3. Harmonické filtre na čistenie hluku generovaného pohonom
4. Dodatočný priestor krytu a chladenie pre elektroniku pohonu

Žiadna z týchto nákladov nezmizne ani po inštalácii – VFD a pohony vyžadujú vlastnú údržbu, aktualizácie firmvéru a príležitostnú výmenu, čím sa zvyšujú opakujúce sa náklady, ktorým sa jednoduchšia riadiaca slučka jednosmerného motora vyhýba.

Problémy s kvalitou napájania: Nábehový prúd, účinník a harmonické

AC motory, najmä indukčné typy, odoberajú štartovací prúd, ktorý môže dosiahnuť šesť až osemnásobok ich menovitého prevádzkového prúdu . Tento nárazový prúd môže spôsobiť poklesy napätia na napájacom vedení, vypnutie ochranných ističov alebo transformátorov napätia, ak sa súčasne spustí viacero motorov. Jednosmerné motory majú vo všeobecnosti lepšie ovládateľný štartovací prúd, pretože hnacie napätie sa môže postupne zvyšovať.

Degradácia účinníka

AC indukčné motory tiež spotrebúvajú jalový výkon, čo znižuje celkový účinník elektrického systému, najmä keď motor beží pri slabom alebo čiastočnom zaťažení. Nízky účinník zvyšuje poplatky za energie v mnohých komerčných nastaveniach a môže vyžadovať korekciu kondenzátorových batérií - ďalšie náklady, ktorým sa systémy jednosmerných motorov zvyčajne vyhýbajú.

Ďalšie výzvy pre dizajn malých striedavých elektromotorov a mini striedavých motorov

Nevýhody striedavých motorov sú ešte výraznejšie v malom meradle. Jednofázový malý striedavý elektromotor nemôže generovať točivé magnetické pole samo o sebe tak, ako to dokáže trojfázový motor, takže potrebuje pomocné komponenty, ako sú štartovacie kondenzátory, tieňované póly alebo vinutia s delenou fázou, aby sa mohli začať otáčať. Tieto doplnky zvyšujú náročnosť výroby a znižujú spoľahlivosť v porovnaní s podobne veľkým jednosmerným motorom, ktorý sa spoľahlivo spúšťa z jednoduchého dvojvodičového pripojenia.

A mini AC motor Používa sa v kompaktných spotrebičoch alebo prenosných zariadeniach má tiež tendenciu bežať menej efektívne pri nízkych menovitých výkonoch, pretože pevné straty, ako je strata jadra a trenie, tvoria väčší podiel celkového vstupného výkonu, keď je samotný motor malý. Dizajnéri pracujúci s mini AC motorom často zisťujú, že dosiahnutie hladkej, nastaviteľnej rýchlosti v kompaktnom kryte je oveľa ťažšie ako s rovnako veľkým jednosmerným motorom, čo je jeden z dôvodov, prečo jednosmerné motory dominujú ručným náradím napájaným z batérie, dronom a malej robotike.

Kompatibilita so zdrojmi jednosmerného prúdu

Motor AC vs Jednosmerný motor: Porovnanie vedľa seba

Keď má jednosmerný motor väčší zmysel pre vašu aplikáciu

Na základe nevýhod uvedených vyššie je jednosmerný motor vo všeobecnosti vhodnejší, ak vaša aplikácia zahŕňa niektorú z nasledujúcich podmienok:

• Potrebujete presné, plynule meniteľné otáčky bez pridania VFD
• Záťaž vyžaduje silný krútiaci moment ihneď pri spustení
• Váš zdroj energie je zo svojej podstaty jednosmerný, ako sú batérie alebo solárne panely
• Rozpočtové obmedzenia vylučujú drahú elektroniku pohonu
• Aplikácia je kompaktná, ako napríklad výmena mini striedavého motora v prenosnom zariadení, kde je problémom hmotnosť meniča