Synchrone motor versus asynchrone motor

Synchrone motor versus asynchrone motor

Het bepalende verschil is de rotorsnelheid ten opzichte van het roterende magnetische veld van de stator: synchrone motor 's rotor draait met precies dezelfde snelheid als dat veld, terwijl de rotor van een asynchrone (inductie) motor altijd iets langzamer draait, een verschil dat slip wordt genoemd. Deze slip is eigenlijk nodig voor de werking van een inductiemotor, aangezien de relatieve beweging tussen de rotor en het draaiveld de rotorstroom induceert die in de eerste plaats koppel genereert - een inductiemotor zonder slip zou helemaal geen koppel genereren.

Synchrone motoren vermijden deze afhankelijkheid omdat de rotor zijn eigen magnetische veld draagt ​​(van permanente magneten of veldwikkelingen) in plaats van te vertrouwen op geïnduceerde stroom, wat hem in staat stelt om exacte synchronisatie te houden met het statorveld en deze te behouden in plaats van er voortdurend achter te blijven.

Selectiegids voor synchrone motoren

• Bevestig dat de toepassing echt een constante, belastingonafhankelijke snelheid nodig heeft - als snelheidsprecisie niet cruciaal is, kan een inductiemotor een eenvoudigere en goedkopere oplossing bieden
• Evalueer de startvereisten — de meeste synchrone motoren (behalve zelfstartende PMSM-types) hebben een startmethode of VFD-besturing nodig
• Weeg de efficiëntievoordelen af tegen de initiële kosten, met name voor PMSM-ontwerpen waarbij magneetmateriaal de kosten verhoogt maar efficiëntiewinst oplevert
• Controleer of de koppelvereisten binnen de uittrekkoppellimiet van de motor vallen over het volledige werkingsbereik van de toepassing
• Houd rekening met de correctiewaarde van de arbeidsfactor als het bredere elektrische systeem van de faciliteit zou profiteren van de reactieve stroomvoorziening van een synchrone motor

Hoe u een synchrone motor kiest

Het kiezen van een specifieke synchrone motor voor een toepassing begint met het afstemmen van het vereiste koppel, de snelheid en het vermogen op de belasting, vergelijkbaar met elk motorselectieproces, maar met extra aandacht voor het specifieke synchrone motortype dat het beste geschikt is voor de toepassing. PMSM-ontwerpen zijn geschikt voor de meeste moderne toepassingen en geven prioriteit aan efficiëntie en compacte afmetingen , terwijl synchrone motoren met gewikkelde rotor relevant blijven voor zeer grote industriële toepassingen waarbij de extra complexiteit van het bekrachtigingscontrolesysteem wordt gerechtvaardigd door de schaal van de installatie en de waarde van instelbare bekrachtiging voor arbeidsfactorregeling.

Vergelijking van synchrone motorefficiëntie

Synchrone motoren, met name PMSM-ontwerpen, presteren over het algemeen beter dan inductiemotoren wat betreft efficiëntie over het grootste deel van hun werkingsbereik, waarbij de kloof doorgaans het meest uitgesproken is bij gedeeltelijke belasting - een toestand waarin veel toepassingen in de praktijk een aanzienlijke bedrijfstijd doorbrengen, in plaats van continu op volledige nominale belasting te draaien. Dit efficiëntievoordeel komt voort uit het elimineren van rotorslipverliezen , de resistieve verwarming die optreedt in de rotor van een inductiemotor als een direct gevolg van de geïnduceerde stroom die nodig is om koppel te genereren, een verliesmechanisme dat eenvoudigweg niet bestaat in de onafhankelijk gemagnetiseerde rotor van een synchrone motor.

Karakteristieken van synchrone motorkoppels

De koppel-snelheidsverhouding van een synchrone motor verschilt fundamenteel van die van een inductiemotor - in plaats van dat het koppel continu varieert met de snelheid als de slip verandert, produceert een synchrone motor het koppel dat nodig is om de synchrone snelheid te behouden, tot aan de maximale (uittrek)koppellimiet. Buiten die limiet vertraagt de motor niet geleidelijk zoals een inductiemotor dat zou doen — het verliest de synchronisatie volledig en loopt vast, wat betekent dat synchrone motortoepassingen moeten worden gedimensioneerd met een voldoende koppelmarge boven het maximaal verwachte belastingskoppel om deze abrupte storingsmodus te voorkomen.

Dit koppelgedrag betekent ook dat synchrone motoren over het algemeen niet zelfstarten tegen een stationaire belasting zoals veel inductiemotoren dat kunnen, aangezien het magnetische veld van een stationaire rotor geen betekenisvol gemiddeld koppel ontwikkelt tegen een snel roterend statorveld - de meeste synchrone motortoepassingen vereisen ofwel een startmethode die de rotor dicht bij de synchrone snelheid brengt voordat hij het veld inschakelt, of een aandrijving met variabele frequentie die de voedingsfrequentie geleidelijk vanaf nul opvoert.

Synchrone motorsnelheidsregeling

Omdat de snelheid van de synchrone motor direct gekoppeld is aan de voedingsfrequentie, vereist het aanpassen van de snelheid het aanpassen van die frequentie, wat precies is wat een frequentieregelaar (VFD) doet. VFD-gestuurde synchrone motoren bieden zowel nauwkeurige snelheidsregeling als de efficiëntievoordelen van synchrone werking , een combinatie die steeds vaker voorkomt in moderne industriële aandrijfsystemen en aandrijflijnen van elektrische voertuigen, waar zowel nauwkeurige snelheids-/koppelregeling als hoge efficiëntie tegelijkertijd vereist zijn.

Permanente magneetmotor versus inductiemotor

Deze vergelijking bestrijkt grotendeels hetzelfde terrein als de bredere synchrone versus asynchrone vergelijking, aangezien PMSM het dominante moderne synchrone motorontwerp is dat in de meeste huidige discussies wordt vergeleken met inductiemotoren. De voordelen van PMSM zijn gericht op efficiëntie, vermogensdichtheid en nauwkeurige controle , terwijl inductiemotoren de voorkeur blijven behouden wanneer lagere initiële kosten, mechanische eenvoud en zelfstartvermogen zonder extra besturingselektronica zwaarder wegen dan de efficiëntiewinst die een PMSM voor een bepaalde toepassing zou bieden.

Motorselectie met hoog rendement

Bij het selecteren van een motor met hoog rendement moet men verder kijken dan een enkel rendementspercentage en kijken naar hoe dat rendement stand houdt over het werkelijke verwachte bedrijfsbereik van de motor, aangezien veel toepassingen gedurende aanzienlijke delen van hun inschakelduur ruim onder de maximale nominale belasting draaien. Evaluatie van de efficiëntie over het volledige belastingsbereik, niet alleen bij 100% belasting, geeft een nauwkeuriger beeld van het daadwerkelijke energieverbruik en het kostenbesparingspotentieel dan alleen te vertrouwen op een enkele efficiëntiegraad bij volledige belasting.

Vergelijking van elektrische motorprestaties

Motorselectie voor industriële apparatuur

De motorselectie voor industriële apparatuur begint over het algemeen met het definiëren van het koppel- en snelheidsprofiel van de belasting over het volledige werkingsbereik, en vervolgens evalueren welke motortechnologie het beste aansluit bij deze vereisten, naast efficiëntie, regelcomplexiteit en budgetbeperkingen. Toepassingen met stabiele, voorspelbare belastingen en geen behoefte aan nauwkeurige snelheidsregeling doen het vaak goed met standaard inductiemotoren, terwijl toepassingen die nauwkeurige snelheidsregeling, hoog rendement of dynamische koppelregeling vereisen, steeds vaker de voorkeur geven aan synchrone (met name PMSM) ontwerpen gecombineerd met VFD-besturing.

Factoren waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van een elektromotor

• Vereist koppel en snelheid over het volledige bedrijfsbereik, inclusief start- en piekomstandigheden
• Efficiëntie-eisen, zowel bij volledige belasting als onder typische bedrijfsomstandigheden bij deellast
• Behoeften aan snelheidsregeling — vaste snelheid, variabele snelheid of nauwkeurige positie-/bewegingsregeling
• Startvereisten en beschikbare besturingselektronica (direct-on-line, VFD of andere startmethode)
• Totale eigendomskosten, Het balanceren van de initiële motor- en besturingskosten tegen de verwachte energiebesparingen en onderhoudsvereisten gedurende de levensduur van de apparatuur