Синхронный двигатель против асинхронного двигателя

Синхронный двигатель против асинхронного двигателя

Определяющим отличием является скорость ротора относительно вращающегося магнитного поля статора: синхронный двигатель Ротор асинхронного (асинхронного) двигателя вращается с той же скоростью, что и поле, в то время как ротор асинхронного (асинхронного) двигателя всегда вращается немного медленнее. Эта разница называется скольжением. Это скольжение фактически необходимо для работы асинхронного двигателя, поскольку относительное движение между ротором и вращающимся полем — это то, что в первую очередь индуцирует ток ротора, который генерирует крутящий момент — асинхронный двигатель без скольжения вообще не будет генерировать крутящий момент.

Синхронные двигатели избегают этой зависимости, поскольку ротор несет собственное магнитное поле (от постоянных магнитов или обмоток возбуждения), а не полагается на индуцированный ток, что позволяет ему захватывать и поддерживать точную синхронизацию с полем статора, а не постоянно отставать от него.

Руководство по выбору синхронного двигателя

• Убедитесь, что приложению действительно нужна постоянная, независимая от нагрузки скорость. — если точность скорости не имеет решающего значения, асинхронный двигатель может стать более простым и дешевым решением.
• Оцените стартовые требования - большинству синхронных двигателей (кроме самозапускающихся типов PMSM) требуется метод запуска или управление ЧРП.
• Сопоставьте преимущества эффективности с первоначальными затратами, особенно для конструкций PMSM, где магнитный материал увеличивает стоимость, но обеспечивает повышение эффективности
• Убедитесь, что требуемый крутящий момент находится в пределах предельного крутящего момента двигателя. во всем рабочем диапазоне приложения
• Учитывайте значение коррекции коэффициента мощности если более широкая электрическая система объекта выиграет от возможности подачи реактивной мощности синхронного двигателя

Как выбрать синхронный двигатель

Выбор конкретного синхронного двигателя для конкретного применения начинается с подбора требуемого крутящего момента, скорости и номинальной мощности в зависимости от нагрузки, аналогично любому процессу выбора двигателя, но с дополнительным вниманием к конкретному типу синхронного двигателя, который лучше всего подходит для данного применения. Конструкции PMSM подходят для большинства современных приложений, отдавая приоритет эффективности и компактным размерам. , в то время как синхронные двигатели с фазным ротором остаются актуальными для очень крупных промышленных применений, где дополнительная сложность системы управления возбуждением оправдана масштабом установки и ценностью регулируемого возбуждения для управления коэффициентом мощности.

Сравнение эффективности синхронных двигателей

Синхронные двигатели, особенно конструкции с PMSM, обычно превосходят асинхронные двигатели по эффективности в большей части своего рабочего диапазона, при этом разрыв обычно наиболее выражен при частичной нагрузке — состоянии, в котором многие реальные приложения проводят значительное время работы, а не работают непрерывно при полной номинальной нагрузке. Это преимущество в эффективности связано с устранением потерь от скольжения ротора. , резистивный нагрев, который возникает в роторе асинхронного двигателя как прямое следствие индуцированного тока, необходимого для создания крутящего момента, - механизм потерь, которого просто не существует в независимо намагниченном роторе синхронного двигателя.

Характеристики крутящего момента синхронного двигателя

Соотношение крутящего момента и скорости синхронного двигателя принципиально отличается от асинхронного двигателя - вместо того, чтобы крутящий момент постоянно менялся в зависимости от скорости при изменении скольжения, синхронный двигатель создает любой крутящий момент, необходимый для поддержания синхронной скорости, вплоть до максимального (выходного) предела крутящего момента. За пределами этого предела двигатель не замедляется постепенно, как это сделал бы асинхронный двигатель. — он полностью теряет синхронизацию и глохнет, что означает, что синхронные двигатели должны выбираться с достаточным запасом по крутящему моменту, превышающему максимальный ожидаемый момент нагрузки, чтобы избежать этого внезапного режима отказа.

Такое поведение крутящего момента также означает, что синхронные двигатели обычно не запускаются самостоятельно при постоянной нагрузке, как это делают многие асинхронные двигатели, поскольку магнитное поле неподвижного ротора не создает значимого среднего крутящего момента против быстро вращающегося поля статора - большинство приложений синхронных двигателей требуют либо метода запуска, который приближает скорость ротора к синхронной перед включением поля, либо привода переменной частоты, который постепенно увеличивает частоту питания от нуля.

Синхронное управление скоростью двигателя

Поскольку скорость синхронного двигателя напрямую связана с частотой питания, регулировка скорости требует регулировки этой частоты, что и делает преобразователь частоты (ЧРП). Синхронные двигатели с частотно-регулируемым приводом обеспечивают как точное управление скоростью, так и преимущества в эффективности синхронной работы. , комбинация, которая становится все более распространенной в современных промышленных приводных системах и силовых агрегатах электромобилей, где одновременно требуются как точное управление скоростью/крутящим моментом, так и высокая эффективность.

Двигатель с постоянным магнитом против асинхронного двигателя

Это сравнение охватывает в основном ту же тему, что и более широкое сравнение синхронных и асинхронных двигателей, поскольку PMSM является доминирующей конструкцией современного синхронного двигателя, которую сравнивают с асинхронными двигателями в большинстве текущих дискуссий. Преимущества PMSM заключаются в эффективности, удельной мощности и точном управлении. , в то время как асинхронные двигатели остаются предпочтительными там, где более низкие первоначальные затраты, механическая простота и возможность самозапуска без дополнительной управляющей электроники перевешивают повышение эффективности, которое PMSM может предложить для данного применения.

Выбор высокоэффективного двигателя

Выбор высокоэффективного двигателя предполагает рассмотрение не только одного процентного показателя эффективности, но и того, как этот КПД сохраняется в фактическом ожидаемом рабочем диапазоне двигателя, поскольку многие приложения работают значительно ниже полной номинальной нагрузки в течение значительной части своего рабочего цикла. Анализ эффективности во всем диапазоне нагрузок, а не только при нагрузке 100 %. дает более точную картину фактического энергопотребления и потенциала экономии средств, чем если полагаться только на один рейтинг эффективности при полной нагрузке.

Сравнение производительности электродвигателей

Выбор двигателя для промышленного оборудования

Выбор двигателя для промышленного оборудования обычно начинается с определения профиля крутящего момента и скорости нагрузки во всем рабочем диапазоне, а затем оценки того, какая технология двигателя лучше всего соответствует этим требованиям, наряду с эффективностью, сложностью управления и бюджетными ограничениями. Приложения со стабильными, прогнозируемыми нагрузками и без необходимости точного контроля скорости. часто хорошо работают со стандартными асинхронными двигателями, в то время как приложения, требующие точного регулирования скорости, высокой эффективности или динамического управления крутящим моментом, все чаще отдают предпочтение синхронным (особенно PMSM) конструкциям в сочетании с управлением ЧРП.

Факторы, которые следует учитывать при выборе электродвигателя

• Требуемый крутящий момент и скорость во всем рабочем диапазоне, включая стартовые и пиковые условия
• Требования к эффективности, как при полной нагрузке, так и в типичных условиях эксплуатации при частичной нагрузке
• Необходимость контроля скорости — фиксированная скорость, переменная скорость или точное управление положением/движением
• Пусковые требования и доступная управляющая электроника (прямой запуск, VFD или другой метод запуска)
• Общая стоимость владения, балансирование первоначальных затрат на двигатель и систему управления с ожидаемой экономией энергии и требованиями к техническому обслуживанию в течение срока службы оборудования