Асинхронный двигатель и синхронный двигатель: ключевые различия, объясненные для инженеров

Принцип работы: скольжение — это граница

Оба типа двигателей представляют собой машины переменного тока, генерирующие вращающееся магнитное поле в статоре. Разница заключается в том, как ротор реагирует на это поле.

В асинхронном двигателе поле статора индуцирует ток в проводниках ротора. Ротор должен вращаться немного медленнее, чем поле, чтобы поддерживать наведенный ток; эта разница скоростей называется скольжением. Типичное скольжение при полной нагрузке составляет от 1% до 5%, поэтому асинхронный двигатель, работающий от насоса или вентилятора, слегка меняет скорость в зависимости от нагрузки.

В синхронном двигателе ротор либо постоянно намагничен, либо возбужден электромагнитным путем, либо имеет реактивные полюса. Как только ротор достигает той же скорости, что и вращающееся поле, он фиксируется и вращается с точно синхронной скоростью: Нс = 120ф/п , где f частота питания и p это количество полюсов. Скольжение равно нулю, независимо от нагрузки, в пределах предела тягового момента двигателя.

Конструкция и стартовое поведение

Статор в обеих машинах выглядит одинаково: щелевые пластины, медные или алюминиевые обмотки, а также рама, предназначенная для охлаждения вентилятором, водой или воздухо-водяным теплообменником. Ротор — это то место, где конструкции расходятся.

Асинхронный ротор представляет собой пакет пластин из электротехнической стали с заделанными стержнями, закороченными концевыми кольцами, или ротор с обмотками, соединенный с внешними резисторами через контактные кольца. Здесь нет магнитов и отдельного источника возбуждения. Такая конструкция делает двигатель естественным образом способным запускаться при большой нагрузке, поскольку индуцированный ток ротора создает крутящий момент, как только поле статора вращается.

Синхронный ротор может представлять собой сплошной цилиндрический ротор с обмотками возбуждения, питаемыми от возбудителя, ламинированный явнополюсный ротор или ротор с постоянными магнитами. Синхронная машина с гладкороторным ротором обычно не может запуститься из состояния покоя сама по себе; Вращающееся поле статора с частотой 50 Гц или 60 Гц слишком быстрое, чтобы ротор мог следовать за ним. Практичные конструкции включают демпферную обмотку для запуска линии или требуют частотно-регулируемого привода для ускорения ротора с почти нулевой скорости.

Эта стартовая разница имеет прямые последствия для шкафа управления и механической трансмиссии. Асинхронный двигатель часто можно подключить напрямую к линии, используя только пускатель или устройство плавного пуска. Синхронный двигатель с пуском от сети требует управления возбуждением и схемы демпферного стержня; Синхронному двигателю с ЧРП требуется обратная связь по положению для машин с постоянными магнитами. Поэтому инженеры оценивают всю систему привода, а не только паспортную табличку двигателя.

Прямое сравнение производительности

Скрытые показатели производительности и эффективности

В первой сравнительной таблице показаны основные различия, но выбор часто сводится к цифрам, которых нет в таблице данных: потери скольжения, вырывной момент, температурная чувствительность ротора, потребляемая реактивная мощность, а также качество статора и сердечника ротора.

При полной нагрузке современный синхронный двигатель может обеспечить преимущество в эффективности примерно на два-три пункта по сравнению с асинхронным двигателем того же типоразмера. Зазор увеличивается при частичной нагрузке, поскольку потери индукционного ротора уменьшаются по мере скольжения, но ток намагничивания остается постоянным. На простой гистограмме ниже показано типичное сравнение эффективности при полной нагрузке для промышленного привода среднего размера.

Одна лишь эффективность не всегда оправдывает надбавку к цене. Синхронный двигатель является более выгодной инвестицией, когда количество часов работы в год велико, нагрузка постоянна и станция может использовать опережающую реактивную мощность для снижения штрафов за коэффициент мощности. В приложениях с широкими колебаниями нагрузки более простой асинхронный двигатель может производить почти те же ежегодные затраты на электроэнергию при более низких первоначальных затратах и ​​более простом обслуживании.

Есть и менее очевидные ограничения. Синхронный ротор с постоянными магнитами может размагнититься, если двигатель будет работать при температуре выше номинальной в течение длительного времени. Синхронный ротор с возбуждением требует управления возбуждением, и внезапное короткое замыкание может вызвать очень высокое механическое напряжение. Асинхронные роторы более изящно справляются с перегрузкой, поскольку у них нет постоянных магнитов и возбуждения контактных колец, хотя стержни ротора могут сломаться при повторяющихся запусках с высоким крутящим моментом.

Потери в сердечнике — еще одна скрытая переменная. Оба типа двигателей зависят от электротехнической стали с низкими потерями и строгого контроля воздушного зазора. Вот почему производители двигателей оценивают многослойные сердечники, сваренные лазерной TIG-сваркой во время проверки прототипа: метод укладки, толщина ламината и высота заусенцев напрямую влияют на потери на вихревые токи и шум. Вы можете прочитать больше о роль статора и ротора в электродвигателе или проверить возможности производства сердечников двигателей прежде чем утвердить поставщика.

Поставщики ламинированных сердечников, сваренных лазером/TIG, Компания - Wuxi New Ruichi Technology Являясь поставщиком и компанией из Китая, компания New Ruichi/Cailiang предлагает оптовые поставки ламинированных сердечников, сваренных лазером/TIG, на... Посмотреть продукт →

Распространение отраслевых приложений

В общем производстве асинхронные двигатели по-прежнему доминируют в установленной базе, поскольку насосы, вентиляторы, конвейеры и станки не требуют абсолютной блокировки скорости. Синхронные машины появляются там, где важна точность скорости, высокий крутящий момент или коррекция коэффициента мощности.

Распределение меняется, когда мощность приложения превышает несколько мегаватт. В крупных компрессорных установках, шаровых мельницах и некоторых судовых двигательных установках используются синхронные двигатели, поскольку прирост эффективности за десять лет затмевает первоначальный ценовой разрыв.

Руководство по выбору и общей стоимости

Используйте короткий путь принятия решения, а не общее правило. Правильный двигатель соответствует профилю нагрузки, электрической системе и команде технического обслуживания.

Когда двигатель является частью производимого продукта, решение основного поставщика имеет такое же значение, как и тип двигателя. Хорошо продуманный Статор двигателя переменного тока и сердечник ротора в сборе снижает потери в железе и улучшает стабильность крутящего момента, особенно для двигателей, которые будут работать в паре с ЧРП.

Поставщики статора и сердечника ротора двигателя переменного тока, Компания - Wuxi New Ruichi Tec В качестве поставщиков и компаний в сборе статора и ротора двигателя переменного тока в Китае компания New Ruichi/Cailiang предлагает оптовые статоры и роторы двигателей переменного тока. Посмотреть продукт →

Техническое обслуживание, соответствие требованиям и основное качество

Стратегии технического обслуживания различаются, поскольку виды отказов различны. В асинхронном двигателе чаще всего выходят из строя подшипники, изоляция обмоток или стержни ротора. Синхронный двигатель приводит к сбоям возбуждения, износу щеток в старых конструкциях и проблемам, связанным с магнитами в роторах с постоянными магнитами. Для коллекторных синхронных двигателей необходимо проводить регулярную проверку контактных колец и щеток; для машин с постоянными магнитами соблюдайте строгие процедуры обращения с ротором, чтобы избежать магнитного скола и размагничивания.

С точки зрения соответствия промышленные покупатели обычно проверяют характеристики IEC 60034 или NEMA MG1, классы эффективности IE3/IE4 и пределы гармоник при использовании преобразователей частоты. Ремонтникам двигателей и производителям оригинального оборудования также необходимы согласованные сертификаты материалов, проверка размеров и отслеживаемость пакета пластин статора и ротора.

Качество ядра не является косметическим. Толщина ламината, высота заусенцев, качество отжига и метод соединения влияют на потери в сердечнике, коэффициент сборки и вибрацию. Вот почему многие моторостроители указывают высококачественная неориентированная кремниевая сталь для создания прототипов и запуска производства. Поставщик с контролируемыми марками электротехнической стали, лазерным или сварным производством сердечников, а также проверкой образцов может сократить цикл разработки как на стадии прототипа, так и на стадии серийного производства.

Поставщики кремниевой стали из высококачественной незернистой (NGO) стали, Компания - Уси New Являясь поставщиком и компанией высококачественной незернисто-ориентированной кремниевой стали (НПО) в Китае, компания New Ruichi/Cailiang предлагает оптовую продажу высококачественной незернисто... Посмотреть продукт →

Для окончательной проверки держите наготове три документа: паспорт двигателя с эффективностью, измеренной в соответствии с соответствующим стандартом, сертификат испытаний на коэффициент мощности и скольжение, а также отчет о проверке основного поставщика. Эти документы отличают надежную приводную систему от той, которая хорошо выглядит на бумаге, но неэффективна на производстве.

Выбор асинхронного двигателя или синхронного двигателя не зависит от того, какая технология новее. Речь идет о том, что требуется для процесса: допуск на скольжение, точная скорость, коэффициент мощности, пусковой момент и долгосрочные затраты на энергию. Подберите двигатель к нагрузке, проверьте стоимость системы и проверьте качество магнитного сердечника, прежде чем совершать окончательную покупку.