Jaké jsou hlavní nevýhody použití střídavého motoru ve srovnání se stejnosměrným motorem v mé aplikaci?

Přímá odpověď: Kde střídavé motory nedosahují stejnosměrných motorů

Ve většině aplikací, an AC motor je obtížnější přesně ovládat, produkuje menší rozběhový moment na jednotku velikosti a vyžaduje dražší řídicí elektroniku než srovnatelný stejnosměrný motor. Pokud vaše aplikace závisí na jemné regulaci rychlosti, okamžitém točivém momentu při nulových otáčkách za minutu nebo jednoduchém napěťovém řízení z bateriového zdroje, stejnosměrný motor je obvykle praktičtější volbou. Střídavé motory stále vítězí v robustnosti a dlouhodobé údržbě, ale tato výhoda přichází na úkor jednoduchosti ovládání, což je hlavní nevýhoda, na kterou uživatelé znovu a znovu narážejí.

Zbytek tohoto článku přesně popisuje, proč střídavé motory vytvářejí tyto výzvy, a to pomocí konkrétních technických důvodů spíše než vágních obecností, takže se můžete rozhodnout, zda kompromisy dávají smysl pro vaše konkrétní nastavení.

Řízení rychlosti je zásadně složitější

Rychlost střídavého motoru je přímo vázána na frekvenci napájení a počet pólů motoru podle vzorce N = 120f/P. To znamená, že pokud nezměníte frekvenci, otáčky motoru zůstanou zablokovány blízko jeho synchronní hodnotě, pouze mírně klesnou pod zatížením kvůli prokluzu. Naproti tomu stejnosměrný motor mění rychlost téměř lineárně s přiloženým napětím, takže je triviální zpomalovat, zrychlovat nebo dolaďovat pomocí jednoduchého potenciometru nebo základního ovladače.

AC motor

Proč na tom v praxi záleží

Pokud vaše aplikace potřebuje běžet jinou než pevnou rychlostí, střídavý motor to sám o sobě nedokáže. K elektronickému nastavení frekvence potřebujete měnič s proměnnou frekvencí (VFD), což přidává vrstvu složitosti, kterou stejnosměrný systém jednoduše nevyžaduje. Dokonce i s nainstalovaným VFD je odezva řízení zřídka tak hladká nebo tak rychlá jako to, co stejnosměrný motor poskytuje nativně.

• Otáčky střídavého motoru jsou kvantovány počtem pólů a frekvencí linky, nelze je volně nastavit
• Rychlost stejnosměrného motoru reaguje přímo a předvídatelně na změny napětí
• Dosažení proměnné rychlosti střídavého proudu obvykle přidává 15 % až 30 % z celkových nákladů na systém jakmile je zahrnut VFD

Slabší startovací moment a méně předvídatelné řízení točivého momentu

Standardní AC indukční motory obvykle produkují pouze rozběhový moment 150 % až 250 % jmenovitého točivého momentu a tento točivý moment není plně dostupný, dokud rotor nezačne prokluzovat proti rotujícímu magnetickému poli. Stejnosměrný motor, zejména sériově vinutý typ, může dodávat velmi vysoký točivý moment již z klidu, a proto zůstávají stejnosměrné motory běžné v aplikacích, jako jsou výtahy, jeřáby a elektrická vozidla, kde záleží na okamžité tažné síle.

Praktický dopad na těžká břemena

Pokud má vaše zátěž vysoké statické tření nebo se potřebuje okamžitě pohnout při plné zátěži, střídavý motor se může zastavit nebo odebírat nadměrný proud ve snaze překonat tento počáteční odpor. Inženýři musí často předimenzovat střídavý motor, jen aby zaručili dostatečný rozběhový moment, což ve srovnání se správně dimenzovanou stejnosměrnou alternativou zvyšuje jak fyzickou stopu, tak i elektrickou náročnost systému.

Vyšší náklady na požadovanou řídicí elektroniku

Základní střídavý motor je sám o sobě levný, ale ve chvíli, kdy vaše aplikace potřebuje regulaci rychlosti, pozvolný rozběh nebo přesné polohování, skutečná cena se ukáže v řídicím hardwaru. VFD, softstartéry a kodéry potřebné k tomu, aby se střídavý motor choval předvídatelně, mohou zdvojnásobí nebo ztrojnásobí celkové náklady na systém vzhledem k základní ceně motoru. Systémy stejnosměrných motorů, zejména ty menší, často k dosažení podobné funkčnosti nepotřebují nic jiného než jednoduchý PWM regulátor.

Kam jdou dodatečné výdaje

1. Frekvenční měniče pro nastavení rychlosti
2. Kodéry nebo resolvery pro zpětnou vazbu polohy
3. Harmonické filtry pro odstranění hluku generovaného pohonem
4. Další prostor skříně a chlazení pro elektroniku pohonu

Žádné z těchto nákladů nezmizí ani po instalaci – VFD a měniče vyžadují vlastní údržbu, aktualizace firmwaru a občasnou výměnu, což zvyšuje opakující se náklady, kterým se jednodušší regulační smyčka stejnosměrného motoru vyhne.

Problémy s kvalitou napájení: zapínací proud, účiník a harmonické

Střídavé motory, zejména indukční typy, odebírají rozběhový proud, který může dosáhnout šesti až osminásobkem jejich jmenovitého provozního proudu . Tento náběhový proud může způsobit poklesy napětí na napájecím vedení, vypnutí ochranných jističů nebo transformátorů napětí, pokud se současně spustí více motorů. Stejnosměrné motory mají obecně lépe ovladatelný startovací proud, protože hnací napětí lze postupně zvyšovat.

Degradace účiníku

Střídavé indukční motory také spotřebovávají jalový výkon, což snižuje celkový účiník elektrického systému, zejména když motor běží pod mírným nebo částečným zatížením. Nízký účiník zvyšuje poplatky za veřejné služby v mnoha komerčních prostředích a může vyžadovat korekci kondenzátorových baterií – další náklady, kterým se systémy stejnosměrných motorů obvykle vyhýbají.

Další výzvy pro návrhy malých střídavých elektromotorů a malých střídavých motorů

Nevýhody střídavých motorů jsou ještě výraznější v malém měřítku. Jednofázový malý střídavý elektromotor nemůže generovat točivé magnetické pole samo o sobě jako třífázový motor, takže potřebuje pomocné komponenty, jako jsou spouštěcí kondenzátory, stínované póly nebo vinutí s dělenou fází, aby se začal otáčet. Tyto doplňky zvyšují složitost výroby a snižují spolehlivost ve srovnání s podobně dimenzovaným stejnosměrným motorem, který se spolehlivě spouští z jednoduchého dvouvodičového připojení.

A mini AC motor Používá se v kompaktních zařízeních nebo přenosných zařízeních má také tendenci pracovat méně efektivně při nízkém výkonu, protože pevné ztráty, jako je ztráta jádra a tření, tvoří větší podíl na celkovém příkonu, když je samotný motor malý. Návrháři pracující s mini střídavým motorem často zjišťují, že dosažení hladké, nastavitelné rychlosti v kompaktním krytu je mnohem obtížnější než u stejnosměrného motoru ekvivalentní velikosti, což je jeden z důvodů, proč stejnosměrné motory dominují bateriovým ručním nástrojům, dronům a malé robotice.

Kompatibilita se stejnosměrnými napájecími zdroji

Střídavý motor vs stejnosměrný motor: Srovnání vedle sebe

Když má stejnosměrný motor větší smysl pro vaši aplikaci

Na základě výše uvedených nevýhod je stejnosměrný motor obecně vhodnější, pokud vaše aplikace zahrnuje některou z následujících podmínek:

• Potřebujete přesnou, plynule měnitelnou rychlost bez přidání VFD
• Zátěž vyžaduje silný krouticí moment ihned při spuštění
• Váš zdroj energie je ze své podstaty stejnosměrný, jako jsou baterie nebo solární panely
• Rozpočtová omezení vylučují drahou elektroniku pohonu
• Aplikace je kompaktní, jako je výměna mini střídavého motoru v přenosných zařízeních, kde je hmotnost měniče problémem