Изборът между синхронен двигател и асинхронен (индукционен) двигател се свежда до това как всяка машина генерира въртящ момент и колко стегнато се заключва към мрежовата честота.
Синхронният двигател работи точно на скоростта, зададена от честотата на захранването и броя на полюсите, без плъзгане, докато асинхронният двигател винаги работи леко по-бавно от синхронната скорост, защото разчита на плъзгане за генериране на ток в ротора.
Тази единствена разлика определя почти всички практически различия между тях: възбуждане, поведение на фактора на мощността, метод на стартиране, ефективност и къде е мястото им във фабричното помещение.
Асинхронният двигател (наричан още индукционен двигател) работи изцяло чрез трансформаторно действие. Статорната намотка, захранвана от трифазната мрежа, създава въртящо се магнитно поле със синхронна скорост N_s = 120f/P, където f е мрежовата честота в Hz, а P е броят на полюсите.
Това въртящо се поле пресича роторните пръти и по взаимна индукция индуцира в тях ток, точно както вторична намотка на трансформатор. Този индуциран ток взаимодейства със същото въртящо се поле, за да произведе въртящ момент.
Понеже ток може да бъде индуциран в ротора само когато има относително движение между ротора и полето, роторът винаги трябва да се върти по-бавно от N_s. Тази разлика в скоростта се нарича плъзгане, s = (N_s - N_r)/N_s, обикновено 1, 5% при номинално натоварване за стандартни кафезни (squirrel-cage) двигатели.
Синхронният двигател произвежда въртящ момент по различен начин. Роторът му носи или възбуждаща намотка с постоянен ток, или постоянни магнити, така че той генерира собствено независимо магнитно поле, вместо да разчита на индукция.
След като роторът се заключи в синхрон с въртящото се поле на статора, двата полета се взаимозаключват магнитно и се въртят точно със същата скорост, откъдето идва и назоваването „синхронен“. На установено състояние няма плъзгане.
Ако въртящият момент на натоварването надвиши максималния момент на издърпване, роторът излиза от синхрон (пада от степ) и блокира, вместо просто да забави скоростта, което е ключова експлоатационна разлика спрямо асинхронната машина.
Възбуждането е най-явното конструктивно разделение между двете конструкции.
DC възбуждащият ток при синхронен двигател с намотка за възбуждане е органът за контрол на реактивната мощност. Увеличаването на възбуждащия ток предизвиква предвъзбуждане на машината и я кара да се държи капацитивно към мрежата; намаляването му предизвиква подвъзбуждане и я кара да се държи индуктивно. Това е основата на поведението по V-кривата, за което са известни синхронните мотори.
Това е най-голямото предимство, което синхронните мотори имат спрямо асинхронните. Асинхронният двигател винаги черпи индуктивна (задържаща) реактивна мощност, за да изгради своето магнитно поле, като типично работи при cosφ 0.80, 0.90 индуктивно при пълен товар и значително по-зле при частично натоварване.
Синхронният двигател, от друга страна, може да бъде предвъзбуден, за да работи при водещ фактор на мощността или точно при единица (unity), ефективно действайки като въртящ се кондензаторен блок, докато извършва механична работа.
Големи синхронни мотори рутинно се специфицират при 0.8 водещо единствено с цел корекция на фактора на мощността на цяло подстанционно захранване, захранващо набор от индукционни товари, като се избягват такси от електроразпределителните дружества без отделна инсталация на кондензатори.
Асинхронните мотори са по природа самостоятелно стартиращи: веднага след като се подаде напрежение, плъзгането е 100% и въртящият момент се появява незабавно, въпреки че пусковият ток може да достигне 5, 8 пъти номиналния ток (кодовите букви за заключен ротор според NEMA MG 1).
Методи на стартиране като звезда/триъгълник, автотрансформатор, меки стартери или честотни преобразуватели се използват главно за ограничаване на този пусков ток и механичния удар от стартиране на пълно напрежение.
Синхронните мотори не могат да стартират сами от място с DC-възбуден или PM ротор до синхронна скорост, защото стационарно роторно поле и въртящо се статорно поле дават нулев среден въртящ момент. Практическите методи на стартиране включват:
Синхронните мотори задържат точно постоянна скорост независимо от натоварването до границата на своя момент на издърпване, която типично е между 150% и 250% от номиналния момент в зависимост от конструкцията.
Това ги прави естествения избор там, където множество задвижвания трябва да останат в прецизно съотношение или фаза, като синхронизирани секции на хартиено производство или влакове на бутални компресори.
Асинхронните мотори показват спад на скоростта при натоварване: плъзгането се повишава от може би 0.5% при лек товар до 3, 5% при номинален товар при стандартен NEMA Design B мотор, което е приемливо за голямо мнозинство помпи, вентилатори и конвейери, но неподходящо там, където множество вали не трябва да се изменят един спрямо друг без общ референтен VFD.
Понеже плъзгането генерира действителни загуби в ротора (медните загуби в ротора са пропорционални на плъзгането пъти мощността през въздушния зазор), то също има и директна поддръжна индикация: нарастващото плъзгане при постоянен товар е един от най-ранните индикатори за повреда на роторните пръти, а сравнението на измереното плъзгане с указано на табелката е стандартна диагностична процедура, разглеждана заедно с методите за откриване на счупени пръти на ротора.
Синхронните мотори, особено конструкциите PMSM, обикновено постигат по-висока ефективност от асинхронните мотори със същата мощност, понеже елиминират загубите I²R в ротора от индуцирания ток (типове с постоянни магнити) или позволяват възбудата да се настрои според натоварването (типове с намотан възбудител).
Разликите в ефективността са най-видими при частично натоварване, където ефективността на асинхронния мотор спада по-бързо заради фиксирания намагнитващ ток.
Стандартът IEC 60034-30-1 и класовете ефективност IE1 до IE4 се прилагат за двете технологии, но IE4 и възникващият ултра-премиум клас IE5 са доминирани от синхронни релуктационни и PMSM конструкции именно защото избягват загубите от плъзгане в ротора.
За пълно разграничение на границите на класовете и къде типично попада всяка конструкция, вижте класовете ефективност на моторите IE.
| Характеристика | Асинхронен двигател | Синхронен двигател |
|---|---|---|
| Скорост на ротора | Под N_s (плъзгане 1, 5%) | Точно N_s, нулево плъзгане |
| Източник на роторното поле | Индуциран ток (трансформаторно действие) | DC възбуждаща намотка или постоянни магнити |
| Стартиране | Самостарт | Нуждае се от демпферна намотка, помощен мотор или VFD |
| Фактор на мощността | 0.80, 0.90 индуктивно, зависим от товара | Регулируем, от единство до водещ чрез възбуждане |
| Типичен таван на клас на ефективност | IE3 до IE4 за кафезни конструкции | IE4 до IE5 (PMSM, синхронна релуктация) |
| Поведение при претоварване | Забавя се, плъзгането нараства, в крайна сметка блокира | Задържа скорост до момента на издърпване, след което блокира рязко |
| Относителни цена и сложност | По-ниска цена, по-проста, по-малко поддръжка | По-висока цена, възбудител/магнити, по-сложно управление |
| Типични приложения | Помпи, вентилатори, конвейери, компресори, общи задвижвания | Големи влакове компресори, корекция на фактора на мощността, процеси с прецизна скорост |
Изберете асинхронен двигател за мнозинството общи задвижвания във фабриката: центробежни помпи, вентилатори, компресори под няколко мегавата и конвейери, където здравината, ниската цена и простата поддръжка надделяват над умерените загуби в ефективност и фактор на мощността. Подборът на мотора с подходящо размерена помпа (вж. избор между центробежна и положително изместване помпа) обикновено има по-голямо значение за общата ефективност на системата от самата моторна технология.
Изберете синхронен двигател, когато постоянната скорост, независима от натоварването, е критична, когато моторът е достатъчно голям, че корекцията на фактора на мощността при водещо състояние компенсира по-високата първоначална цена, или когато множество задвижващи секции трябва да останат в фиксирано скоростно съотношение. Високоскоростни PMSM и синхронни релуктационни мотори все по-често се специфицират за приложения, управлявани с VFD, единствено заради печалбата в ефективността IE4/IE5, дори при умерено натоварени вентилатори и помпи.
Която и технология да бъде инсталирана, сигналите за неизправност са различни: асинхронните мотори показват деградация чрез нарастване на плъзгането и характерите на роторните пръти, докато синхронните мотори показват проблеми чрез изпадане от синхрон (pole-slipping) събития, пробив на изолацията на възбуждащата намотка или повреди на демпферната намотка при повторни стартирания.
Непрекъснатото мониториране на състоянието, интегрирано в CMMS (система за управление на поддръжката), позволява на екипите по поддръжката да задават специфични за технологията прагове за аларми и да генерират автоматично работни нареждания в момента, в който възбуждащият ток на синхронен мотор се отклони или плъзгането на асинхронен мотор прояви нарастваща тенденция, вместо да се чака спиране.
Следенето на тези данни заедно с OEE също показва дали бавни мотор- свързани загуби тихо изяждат наличността преди да настъпи сериозна повреда.
Екипите, които стандартизират това за флотилия от смесени типове мотори, могат да резервират демонстрация на Fabrico , за да видят как данните за състоянието и тригерите за работни нареждания се конфигурират за всеки клас активи.
Да. При фиксирано механично натоварване, като се променя само DC възбуждащият ток, фазата на тока в статора се измествa, премествaйки работната точка по V-кривата от индуктивна през единство до водещ фактор на мощността без промяна на изходния въртящ момент.
Демпферната намотка съществува специално, за да осигури пусков въртящ момент и да демпфира осцилациите. Без нея DC-възбуденият или PM ротор не би произвел нетен пусков въртящ момент от заставане и би бил склонен към "хънтинг" (осцилaция на скоростта) след леки смущения в натоварването.
Не, плъзгането е фундаментално за начина, по който двигателят произвежда въртящ момент. Важното за мониторинга на състоянието е дали плъзгането при дадено натоварване съвпада със стойността на табелката; нарастваща тенденция, а не самото наличие на плъзгане, индикира влошаване на ротора като счупени пръти или високорезистентни спойки.
Честотен преобразувател позволява синхронната скорост на асинхронния мотор да бъде променяна чрез промяна на честотата на захранването, стеснявайки разликата в контрол на скоростта със синхронните машини, но той не добавя работа без плъзгане или вградената способност за водещ фактор на мощността, и двете остават конструктивни свойства на синхронния дизайн.
Вход
Блог
