Động cơ cảm ứng và động cơ đồng bộ: Giải thích những khác biệt chính cho kỹ sư

Nguyên tắc làm việc: Trượt là đường biên

Cả hai loại động cơ đều là máy điện xoay chiều tạo ra từ trường quay trong stato. Sự khác biệt nằm ở cách rôto phản ứng với trường đó.

Trong động cơ cảm ứng, từ trường stato tạo ra dòng điện trong dây dẫn rôto. Rôto phải chạy chậm hơn từ trường một chút để duy trì dòng điện cảm ứng đó; sự chênh lệch tốc độ này được gọi là trượt. Độ trượt toàn tải điển hình là từ 1% đến 5%, đó là lý do tại sao động cơ cảm ứng chạy máy bơm hoặc quạt thay đổi tốc độ một chút khi có tải.

Trong động cơ đồng bộ, rôto được từ hóa vĩnh viễn, được kích thích bằng điện từ hoặc được chế tạo bằng các cực từ trở. Khi rôto đạt cùng tốc độ với từ trường quay, nó sẽ khóa và quay với tốc độ đồng bộ chính xác: Ns = 120f/p , ở đâu f là tần số cung cấp và p là số cực. Độ trượt bằng 0, bất kể tải, trong giới hạn mô-men xoắn kéo ra của động cơ.

Hành vi xây dựng và khởi động

Stator trông giống nhau ở cả hai máy: các lớp có rãnh, cuộn dây bằng đồng hoặc nhôm và khung được thiết kế để làm mát bằng quạt, nước hoặc bộ trao đổi nhiệt không khí-nước. Rôto là nơi các thiết kế khác nhau.

Rôto cảm ứng là một tập hợp các tấm thép điện có các thanh nhúng, được nối ngắn mạch bằng các vòng cuối hoặc rôto quấn được nối với các điện trở bên ngoài thông qua các vòng trượt. Không có nam châm và không có nguồn kích thích riêng biệt. Cấu trúc này làm cho động cơ có khả năng khởi động tự nhiên khi có tải nặng, vì dòng điện rôto cảm ứng tạo ra mômen xoắn ngay khi từ trường stato quay.

Rôto đồng bộ có thể là rôto hình trụ đặc với cuộn dây kích từ được cung cấp bởi máy kích thích, rôto cực lồi nhiều lớp hoặc rôto nam châm vĩnh cửu. Máy đồng bộ trường dây quấn trơn rôto thường không thể tự khởi động từ trạng thái đứng yên; từ trường quay của stato ở tần số 50 Hz hoặc 60 Hz quá nhanh khiến rôto không thể theo kịp. Các thiết kế thực tế bổ sung thêm một cuộn dây giảm chấn để khởi động đường dây hoặc yêu cầu bộ truyền động tần số thay đổi để tăng tốc rôto từ tốc độ gần bằng 0.

Sự khác biệt ban đầu này có ảnh hưởng trực tiếp đến tủ điều khiển và hệ thống truyền động cơ khí. Động cơ cảm ứng thường có thể kết nối trực tiếp vào đường dây chỉ bằng bộ khởi động hoặc bộ khởi động mềm. Động cơ đồng bộ khởi động bằng dây cần có bộ điều khiển kích thích và mạch thanh giảm chấn; động cơ đồng bộ cấp nguồn VFD cần phản hồi vị trí cho máy nam châm vĩnh cửu. Do đó, các kỹ sư định giá toàn bộ hệ thống truyền động chứ không chỉ bảng tên động cơ.

So sánh hiệu suất trực tiếp

Các chỉ số hiệu suất và hiệu quả ẩn

Bảng so sánh đầu tiên cho thấy những điểm khác biệt chính, nhưng việc lựa chọn thường dựa vào những con số không có trên biểu dữ liệu: tổn thất trượt, mômen kéo ra, độ nhạy nhiệt độ rôto, tiêu thụ công suất phản kháng và chất lượng của lõi stato và rôto.

Ở mức đầy tải, động cơ đồng bộ hiện đại có thể mang lại lợi thế về hiệu suất khoảng hai đến ba điểm so với động cơ cảm ứng có cùng khung. Khe hở mở rộng khi tải một phần vì tổn hao rôto cảm ứng giảm khi trượt, nhưng dòng từ hóa không đổi. Biểu đồ thanh đơn giản dưới đây thể hiện sự so sánh hiệu suất đầy tải điển hình của một bộ truyền động công nghiệp cỡ trung bình.

Chỉ riêng hiệu quả không phải lúc nào cũng biện minh cho mức giá cao hơn. Động cơ đồng bộ là khoản đầu tư tốt hơn khi số giờ vận hành hàng năm cao, phụ tải ổn định và nhà máy có thể sử dụng công suất phản kháng chính để giảm thiệt hại về hệ số công suất. Trong các ứng dụng có dao động tải rộng, động cơ cảm ứng đơn giản hơn có thể tạo ra chi phí năng lượng hàng năm gần như tương đương với chi phí ban đầu thấp hơn và dịch vụ dễ dàng hơn.

Cũng có những giới hạn ít rõ ràng hơn. Rôto đồng bộ nam châm vĩnh cửu có thể khử từ nếu động cơ buộc phải chạy trên nhiệt độ định mức trong thời gian dài. Rôto đồng bộ trường vết thương cần điều khiển kích thích và sự cố đoản mạch đột ngột có thể tạo ra ứng suất cơ học rất cao. Rôto cảm ứng xử lý tình trạng quá tải dễ dàng hơn vì chúng không có nam châm vĩnh cửu và không có vòng trượt kích thích, mặc dù các thanh rôto có thể bị gãy khi khởi động với mômen xoắn cao lặp đi lặp lại.

Mất lõi là một biến ẩn khác. Cả hai loại động cơ đều phụ thuộc vào thép điện có tổn thất thấp và kiểm soát chặt chẽ khe hở không khí. Đây là lý do tại sao các nhà chế tạo động cơ đánh giá cụm lõi nhiều lớp hàn laser-TIG trong quá trình xác nhận nguyên mẫu: phương pháp xếp chồng, độ dày cán và chiều cao gờ ảnh hưởng trực tiếp đến tổn thất dòng điện xoáy và tiếng ồn. Bạn có thể đọc thêm về vai trò của stato và rôto trong động cơ điện hoặc kiểm tra khả năng sản xuất lõi động cơ trước khi phê duyệt nhà cung cấp.

Công ty, nhà cung cấp lõi nhiều lớp hàn bằng laser/TIG - Công nghệ Ruichi mới Vô Tích Là nhà cung cấp và công ty lõi nhiều lớp được hàn bằng Laser/TIG ở Trung Quốc, New Ruichi/Cailiang cung cấp Bán buôn lõi nhiều lớp được hàn bằng Laser/TIG trên... Xem sản phẩm →

Phân phối ứng dụng ngành

Trong sản xuất nói chung, động cơ cảm ứng vẫn chiếm ưu thế trong đế lắp đặt vì máy bơm, quạt, băng tải và máy công cụ không yêu cầu khóa tốc độ tuyệt đối. Máy đồng bộ xuất hiện ở những nơi có độ chính xác về tốc độ, mô-men xoắn cao hoặc hiệu chỉnh hệ số công suất.

Sự phân phối thay đổi khi ứng dụng vượt quá vài megawatt. Các bộ truyền động máy nén lớn, máy nghiền bi và một số hệ thống động cơ đẩy hàng hải sử dụng động cơ đồng bộ vì hiệu suất đạt được trong mười năm sẽ thu hẹp khoảng cách về giá ban đầu.

Hướng dẫn lựa chọn và tổng chi phí

Sử dụng đường dẫn quyết định ngắn thay vì quy tắc chung. Động cơ phù hợp phù hợp với đặc tính tải, hệ thống điện và đội bảo trì.

Khi động cơ là một phần của sản phẩm được sản xuất, quyết định của nhà cung cấp cốt lõi cũng quan trọng như loại động cơ. Một thiết kế tốt Cụm lõi rôto và stato động cơ xoay chiều giảm tổn thất sắt và cải thiện tính nhất quán của mô-men xoắn, đặc biệt đối với các động cơ sẽ được ghép nối với VFD.

Nhà cung cấp, công ty lắp ráp lõi rôto và stator động cơ AC - Vô Tích New Ruichi Tec Với tư cách là Nhà cung cấp và Công ty lắp ráp lõi rôto và Stator động cơ AC tại Trung Quốc, Ruichi / Cailiang mới cung cấp Bán buôn ... Xem sản phẩm →

Bảo trì, tuân thủ và chất lượng cốt lõi

Các chiến lược bảo trì khác nhau vì các dạng hư hỏng khác nhau. Động cơ cảm ứng thường bị hỏng ở vòng bi, cách điện cuộn dây hoặc thanh rôto. Động cơ đồng bộ gây thêm các lỗi kích thích, mòn chổi than trong các thiết kế cũ hơn và các vấn đề liên quan đến nam châm trong rôto nam châm vĩnh cửu. Đối với động cơ đồng bộ có chổi than, hãy lên lịch kiểm tra chổi than và vòng trượt thường xuyên; đối với máy PM, hãy tuân thủ các quy trình xử lý rôto nghiêm ngặt để tránh hiện tượng sứt mẻ và khử từ của nam châm.

Từ quan điểm tuân thủ, người mua công nghiệp thường xác minh hiệu suất của IEC 60034 hoặc NEMA MG1, cấp hiệu suất IE3/IE4 và giới hạn hài khi sử dụng VFD. Các nhà chế tạo lại động cơ và nhà sản xuất thiết bị gốc cũng cần có chứng chỉ vật liệu nhất quán, kiểm tra kích thước và truy xuất nguồn gốc đối với lớp cán mỏng stato và rôto.

Chất lượng cốt lõi không phải là mỹ phẩm. Độ dày cán, chiều cao lưỡi cắt, chất lượng ủ và phương pháp nối đều ảnh hưởng đến tổn thất lõi, hệ số xây dựng và độ rung. Đó là lý do tại sao nhiều kỹ sư động cơ chỉ định thép silicon không định hướng cao cấp cho việc xây dựng nguyên mẫu và chạy sản xuất. Một nhà cung cấp có các loại thép điện được kiểm soát, sản xuất lõi hàn hoặc laser và xác nhận mẫu có thể rút ngắn chu kỳ phát triển ở cả giai đoạn sản xuất nguyên mẫu và sản xuất hàng loạt.

Công ty, nhà cung cấp thép silicon không có hạt (NGO) cao cấp - Vô Tích Mới Là nhà cung cấp và công ty thép silicon phi hạt (NGO) cao cấp ở Trung Quốc, Ruichi/Cailiang mới cung cấp Bán buôn thép không hạt cao cấp... Xem sản phẩm →

Để kiểm tra lần cuối, hãy chuẩn bị sẵn ba tài liệu: bảng dữ liệu động cơ có hiệu suất được đo theo tiêu chuẩn liên quan, chứng chỉ kiểm tra hệ số công suất và độ trượt, cùng báo cáo kiểm tra của nhà cung cấp cốt lõi. Những tài liệu này tách biệt một hệ thống truyền động đáng tin cậy với một hệ thống truyền động có vẻ tốt trên giấy nhưng hoạt động kém trên sàn sản xuất.

Quyết định giữa động cơ cảm ứng và động cơ đồng bộ không phải là công nghệ nào mới hơn. Đó là về những gì quy trình yêu cầu: khả năng chịu trượt, tốc độ chính xác, hệ số công suất, mô-men xoắn khởi động và chi phí năng lượng lâu dài. Khớp động cơ với tải, xác minh chi phí hệ thống và kiểm tra chất lượng của lõi từ trước khi thực hiện giao dịch mua cuối cùng.