Οι ηλεκτρικοί κινητήρες είναι μηχανές που μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια για την εκτέλεση μηχανικών εργασιών.
Αυτοί οι κινητήρες μπορούν να σχεδιαστούν για να λειτουργούν με εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) ή συνεχές ρεύμα (DC).
Οι κινητήρες AC ταξινομούνται σε δύο τύπους. Σύγχρονοι κινητήρες και ασύγχρονοι κινητήρες. Και τα δύο μοιράζονται κάποιες ομοιότητες όπως στην κατασκευή τους αλλά είναι αρκετά διαφορετικά στη λειτουργία και την απόδοσή τους.
Πριν μπούμε στη λίστα των διαφορών μεταξύ του Σύγχρονου κινητήρα και του Ασύγχρονου κινητήρα, θα συζητήσουμε τα βασικά τους και τον τρόπο λειτουργίας τους. Για σαφή εξήγηση, ίσως γνωρίζετε τη διαφορά μεταξύ μονοφασικού και τριφασικού τροφοδοτικού που σχετίζεται με τις λειτουργίες μονοφασικών και τριφασικών κινητήρων AC.
Πώς λειτουργεί ο κινητήρας AC;
Όπως γνωρίζουμε «διαφορές μεταξύ κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος και συνεχούς ρεύματος», οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος λειτουργούν με βάση την αρχή του μαγνητικού πεδίου που δρα σε έναν αγωγό που φέρει ρεύμα που δέχεται μηχανική δύναμη. Όπου ο στάτης δημιουργεί ένα στατικό μαγνητικό πεδίο και ο ρότορας που αποτελείται από πολλαπλή περιέλιξη μεταφέρει το ρεύμα εισόδου συνεχούς ρεύματος.
Στους κινητήρες AC, χρησιμοποιείται η ιδέα του περιστροφικού μαγνητικού πεδίου RMF. Ο στάτης είναι κατασκευασμένος από πολλαπλές περιελίξεις που δημιουργούν ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο κατά την παροχή του εναλλασσόμενου ρεύματος εισόδου. Αυτό το μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται γύρω από τον ρότορα.
Ο ρότορας που κατασκευάζεται από περιελίξεις ή αγωγούς κλειστού βρόχου μεταφέρει ρεύμα είτε μέσω επαγωγής είτε η εξωτερική παροχή ρεύματος δημιουργεί το δικό του μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από τον ρότορα αλληλεπιδρά με το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο και αρχίζει να περιστρέφεται προς την κατεύθυνσή του.
Η σχετική διαφορά μεταξύ του μαγνητικού πεδίου περιστροφής του στάτη και της ταχύτητας του δρομέα ονομάζεται ολίσθηση. Εάν η ολίσθηση του κινητήρα είναι μηδέν ή ο ρότορας έχει την ίδια ταχύτητα περιστροφής με το πεδίο περιστροφής του στάτη, ο κινητήρας ονομάζεται Σύγχρονος κινητήρας AC. Εάν ένας κινητήρας AC έχει ολίσθηση ή υπάρχει διαφορά μεταξύ της ταχύτητας του πεδίου του στάτη και του ρότορα, ο κινητήρας ονομάζεται ασύγχρονος κινητήρας.
Σύγχρονος κινητήρας
Όπως υποδηλώνει το όνομα, ο σύγχρονος κινητήρας έχει έναν ρότορα που έχει σχεδιαστεί για να περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα με το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτη που ονομάζεται σύγχρονη ταχύτητα.
Ο στάτης δημιουργεί ένα περιστροφικό μαγνητικό πεδίο κατά την παροχή εναλλασσόμενου ρεύματος.
Ο ρότορας μπορεί να σχεδιαστεί για να δημιουργεί το δικό του μαγνητικό πεδίο χρησιμοποιώντας μια εξωτερική παροχή DC μέσω δακτυλίων ολίσθησης ή χρησιμοποιώντας έναν μόνιμο μαγνήτη.
Ο ρότορας έχει σχεδιαστεί για να δημιουργεί μαγνητικούς πόλους που είναι ίσοι ή αναπόσπαστο πολλαπλάσιο των πόλων του στάτη. Όταν ο στάτης και ο ρότορας ενεργοποιούνται, το μαγνητικό πεδίο του ρότορα κλειδώνεται με το περιστροφικό μαγνητικό πεδίο του στάτη και περιστρέφεται με την ακριβή ταχύτητα του πεδίου του στάτη.
Λόγω αδράνειας, ο σύγχρονος κινητήρας δεν ξεκινά αμέσως με τη σύγχρονη ταχύτητα (περιστροφικό μαγνητικό πεδίο). Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται μια πρόσθετη περιέλιξη που ονομάζεται "τύλιγμα αποσβεστήρα" για την παροχή ροπής εκκίνησης. Λειτουργεί ως επαγωγικός κινητήρας κατά την εκκίνηση.
Έτσι, οι σύγχρονοι κινητήρες δεν είναι αυτοεκκινούμενοι, χρειάζονται επιπλέον μηχανισμό εκκίνησης.
Μπορεί να είναι είτε χωριστά διεγερμένος είτε μη διεγερμένος κινητήρας, δηλαδή ο πρώτος απαιτεί ξεχωριστή πηγή συνεχούς ρεύματος που ενεργοποιεί τις περιελίξεις του ρότορα και δημιουργεί μαγνητικό πεδίο, ενώ ο δεύτερος περιγράφει έναν σύγχρονο κινητήρα του οποίου ο ρότορας είναι σχεδιασμένος να μαγνητίζεται από το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτη και περιστρέφεται με αυτό.
Ο ρότορας του σύγχρονου κινητήρα περιστρέφεται με σύγχρονη ταχύτητα που εξαρτάται από τη συχνότητα τροφοδοσίας και τους πόλους των περιελίξεων του στάτη.
Επομένως, η ταχύτητα του κινητήρα δεν μεταβάλλεται ανάλογα με το φορτίο. Για να μεταβάλλεται η ταχύτητα ενός σύγχρονου κινητήρα, πρέπει να μεταβάλλεται η συχνότητα παροχής. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση VFD (μεταβλητής συχνότητας).
Το περιστροφικό μαγνητικό πεδίο του στάτη προκαλεί ένα επαγόμενο ρεύμα στον ρότορα. Αυτό το επαγόμενο ρεύμα ρέει μέσα στον ρότορα δημιουργώντας το δικό του μαγνητικό πεδίο.
Σύμφωνα με το νόμο του lenz, αυτό το πεδίο του ρότορα αντιτίθεται στην αιτία που το δημιουργεί και προσπαθεί να το εξαλείψει προσεγγίζοντας την ταχύτητα του στάτη RMF (η σύγχρονη ταχύτητα).
Με αυτόν τον τρόπο, ο ρότορας περιστρέφεται προς την κατεύθυνση του στάτη RMF. Δεδομένου ότι λειτουργεί με την αρχή της επαγωγής, επομένως, ο ασύγχρονος κινητήρας είναι επίσης γνωστός ως κινητήρας επαγωγής.
Ο επαγωγικός κινητήρας δεν μπορεί ποτέ να λειτουργήσει με τη σύγχρονη ταχύτητα, αντίθετα είναι πάντα πιο αργός από τη σύγχρονη ταχύτητα και εξαρτάται από την ολίσθηση του κινητήρα.
Ο λόγος είναι επειδή το επαγόμενο ρεύμα στον ρότορα δημιουργείται λόγω της διαφοράς μεταξύ του πεδίου του στάτη και του ρότορα. εάν, σε περίπτωση που λειτουργεί με τη σύγχρονη ταχύτητα, σημαίνει ότι ο ρότορας είναι μαγνητικά κλειδωμένος και δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ του πεδίου του στάτη και του ρότορα.
Επομένως, δεν θα υπήρχε μαγνητική ροή που να προκαλεί ρεύμα στον ρότορα. Η μαγνητική ροή είναι απαραίτητη για τον επαγωγικό κινητήρα και γι' αυτό πρέπει να λειτουργεί με μικρότερη ταχύτητα από τη σύγχρονη ταχύτητά του.
Ο ρότορας τύπου squirrel cage (κλωβού σκίουρου) έχει απλούστερο σχεδιασμό και επιτρέπει στο επαγόμενο ρεύμα να ρέει μέσα από χάλκινες ράβδους. Ενώ ο ρότορας με περιέλιξη επιτρέπει στο χρήστη να μεταβάλλει το ρεύμα του ρότορα κατά την εκκίνηση του, όπως χρησιμοποιείται στη «Μίζα του κινητήρα».
Το θέμα είναι να εκκινήσετε με ασφάλεια τον κινητήρα μειώνοντας το τεράστιο ρεύμα εκκίνησης που αντλείται από έναν επαγωγικό κινητήρα. Γίνεται γενικά με τη σύνδεση μιας μεταβλητής αντίστασης σε σειρά με τις περιελίξεις του ρότορα μέσω των δακτυλίων ολίσθησης.
Η ταχύτητα του ασύγχρονου κινητήρα εξαρτάται από την ολίσθηση του κινητήρα που ποικίλλει ανάλογα με το φορτίο και την αντίσταση του ρότορα. Με άλλα λόγια, η ταχύτητα του κινητήρα επαγωγής μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με το φορτίο ή χρησιμοποιώντας διαφορετική αντίσταση ρότορα.
Σύγχρονος κινητήρας είναι ένας κινητήρας που λειτουργεί με σύγχρονη ταχύτητα, δηλαδή η ταχύτητα του ρότορα είναι ίση με την ταχύτητα του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου του στάτη.
Ακολουθεί τη σχέση N = NS = 120f/P, όπου N είναι η ταχύτητα του δρομέα και Ns η σύγχρονη ταχύτητα.
Ο ασύγχρονος κινητήρας είναι ένας επαγωγικός κινητήρας AC.
Ο ρότορας του ασύγχρονου κινητήρα περιστρέφεται με ταχύτητα μικρότερη από τη σύγχρονη ταχύτητα, δηλαδή N < NS
Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τις βασικές διαφορές μεταξύ του σύγχρονου κινητήρα και του ασύγχρονου (επαγωγικού) κινητήρα.
Διαφορές μεταξύ σύγχρονου και ασύγχρονου κινητήρα
- Σύγχρονος κινητήρας είναι μια μηχανή της οποίας η ταχύτητα του δρομέα και η ταχύτητα του μαγνητικού πεδίου του στάτη είναι ίσες. Ο ασύγχρονος κινητήρας είναι μια μηχανή της οποίας ο ρότορας περιστρέφεται με ταχύτητα μικρότερη από τη σύγχρονη ταχύτητα.
- Ο κινητήρας χωρίς ψήκτρες, ο κινητήρας μεταβλητής απροθυμίας, ο κινητήρας μεταγωγής απροθυμίας και ο κινητήρας υστέρησης είναι ο σύγχρονος κινητήρας. Ο κινητήρας επαγωγής AC είναι γνωστός ως ασύγχρονος κινητήρας.
- Ο σύγχρονος κινητήρας δεν έχει ολίσθηση. Η τιμή της ολίσθησης είναι μηδέν. Ο ασύγχρονος κινητήρας έχει ολίσθηση επομένως η τιμή της ολίσθησης δεν είναι ίση με μηδέν.
- Ο σύγχρονος κινητήρας απαιτεί μια πρόσθετη πηγή ισχύος συνεχούς ρεύματος για να περιστρέψει αρχικά τον ρότορα κοντά στη σύγχρονη ταχύτητα. Ο ασύγχρονος κινητήρας δεν απαιτεί πρόσθετη πηγή εκκίνησης.
- Ο δακτύλιος ολίσθησης και οι ψήκτρες απαιτούνται στον σύγχρονο κινητήρα, ενώ ο ασύγχρονος κινητήρας δεν απαιτεί δακτύλιο ολίσθησης και ψήκτρες. Μόνον ο επαγωγικός κινητήρας τύπου πηνίου απαιτεί δακτύλιο ολίσθησης και ψήκτρες.
- Ο σύγχρονος κινητήρας είναι δαπανηρός σε σύγκριση με τον ασύγχρονο κινητήρα.
- Η απόδοση του σύγχρονου κινητήρα είναι μεγαλύτερη από τον ασύγχρονο κινητήρα.
- Με την αλλαγή της διέγερσης, ο συντελεστής ισχύος του Σύγχρονου κινητήρα μπορεί να ρυθμιστεί ανάλογα ως υστέρηση, οδηγός ή μονάδα, ενώ ο ασύγχρονος κινητήρας λειτουργεί μόνο με συντελεστή ισχύος καθυστέρησης.
- Δίνεται ρεύμα στον ρότορα του σύγχρονου κινητήρα. Ο ρότορας του Ασύγχρονου κινητήρα δεν απαιτεί ρεύμα.
- Η ταχύτητα του Σύγχρονου κινητήρα δεν εξαρτάται από τη διακύμανση του φορτίου. Είναι σταθερή. Η ταχύτητα του ασύγχρονου κινητήρα μειώνεται με το αυξανόμενο φορτίο.
- Ο σύγχρονος κινητήρας δεν είναι αυτοεκκινούμενος, ενώ ο Ασύγχρονος είναι .
- Η αλλαγή στην εφαρμοζόμενη τάση δεν επηρεάζει τη ροπή του σύγχρονου κινητήρα, ενώ επηρεάζει τη ροπή του Ασύγχρονου κινητήρα.
- Ο σύγχρονος κινητήρας λειτουργεί ομαλά και σχετικά καλά σε χαμηλές στροφές που είναι κάτω από 300 rpm, ενώ πάνω από 600 rpm ταχύτητα η ασύγχρονη λειτουργία του κινητήρα είναι εξαιρετική. Οι ασύγχρονοι κινητήρες χρησιμοποιούνται σε φυγοκεντρικές αντλίες και ανεμιστήρες, φυσητήρες, εργοστάσια χαρτιού και κλωστοϋφαντουργίας, συμπιεστές και ανελκυστήρες, κλπ.
- Οι διάφορες εφαρμογές του Σύγχρονου κινητήρα είναι ότι χρησιμοποιείται σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, μεταποιητικές βιομηχανίες κ.λπ. Χρησιμοποιείται επίσης ως ελεγκτής τάσης.
Ως εκ τούτου, με αυτόν τον τρόπο, ένας σύγχρονος κινητήρας διαφοροποιείται από τον ασύγχρονο κινητήρα.
Σύγχρονος κινητήρας
- Ο σύγχρονος κινητήρας είναι ένας τύπος κινητήρα AC που λειτουργεί με σύγχρονη ταχύτητα.
- Λειτουργεί με βάση την αρχή της μαγνητικής αλληλοεπίδρασης μεταξύ του πεδίου ρότορα και στάτη.
- Δεν υπάρχει ολίσθηση, δηλαδή η ολίσθηση του σύγχρονου κινητήρα είναι ίση με 0.
- Η ταχύτητα του κινητήρα εξαρτάται από τη συχνότητα παροχής και τον αριθμό των πόλων του στάτη.
Ns = 120f / P
- Η ταχύτητα δεν μεταβάλλεται με τη μεταβολή του φορτίου που συνδέεται στον κινητήρα.
- Δεν έχει αυτόματη εκκίνηση και απαιτεί επιπλέον περιελίξεις για την εκκίνηση του κινητήρα.
- Ο ρότορας απαιτεί επιπλέον παροχή ρεύματος.
- Ο ξεχωριστά διεγερμένος σύγχρονος κινητήρας απαιτεί επιπλέον πηγή DC για να ενεργοποιήσει την περιέλιξη του ρότορα.
- Χρειάζεται επίσης δακτυλίους ολίσθησης και ψήκτρες για την παροχή DC στις περιελίξεις του ρότορα.
- Η ταχύτητα του κινητήρα ελέγχεται μόνο μεταβάλλοντας τη συχνότητα τροφοδοσίας μέσω VFD.
- Η τροφοδοσία τάσης εισόδου δεν μεταβάλλει την ταχύτητα ή τη ροπή του σύγχρονου κινητήρα.
- Οι διακυμάνσεις στην κύρια τάση τροφοδοσίας δεν επηρεάζουν τη σύγχρονη λειτουργία του κινητήρα.
- Το αρχικό κόστος είναι μεγαλύτερο από τον επαγωγικό κινητήρα.
- Η λειτουργία είναι περίπλοκη.
- Προσφέρουν μεγάλη αποτελεσματικότητα και ακρίβεια.
- Μπορεί να λειτουργήσει εύκολα σε πολύ χαμηλή ταχύτητα χρησιμοποιώντας VFD.
- Λειτουργεί καλύτερα σε χαμηλότερες στροφές συνήθως κάτω από 300 rpm.
- Μπορεί να λειτουργήσει σε συντελεστή ισχύος υστέρησης, καθοδήγησης ή μονάδας ρυθμίζοντας τη διέγερσή του.
- Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για διόρθωση συντελεστή ισχύος ταυτόχρονα χρησιμοποιώντας το σε κορυφαία ισχύ
- Δεδομένου ότι λειτουργεί με σταθερή ταχύτητα, η απότομη μεταβολή στο φορτίο θα προκαλέσει διακυμάνσεις στο ρεύμα που διχετεύεται.
Ασύγχρονος κινητήρας
- Ο ασύγχρονος κινητήρας είναι ένας τύπος κινητήρα AC που λειτουργεί με ταχύτητα μικρότερη από τη σύγχρονη ταχύτητα.
- Λειτουργεί με βάση την αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής μεταξύ στάτη και ρότορα
- Υπάρχει ολίσθηση στον επαγωγικό κινητήρα και είναι πάντα μεγαλύτερη από 0.
- Η ταχύτητα του κινητήρα εξαρτάται από το φορτίο, την αντίσταση του ρότορα και την ολίσθηση, s. είναι πάντα μικρότερη από τη σύγχρονη ταχύτητα.
N = Ns (1-s)
N < Ns
- Η ταχύτητα ποικίλλει ανάλογα με το φορτίο του κινητήρα.
- Οι ασύγχρονοι κινητήρες είναι αυτοεκκινούμενοι και δεν απαιτούν επιπλέον μηχανισμό.
- Ο ρότορας του επαγωγικού κινητήρα δεν χρειάζεται επιπλέον τροφοδοσία.
- Δεν απαιτεί καμία επιπλέον πηγή.
- Δεν απαιτεί δακτυλίους ολίσθησης, ωστόσο, μπορεί να χρησιμοποιήσει δακτυλίους ολίσθησης για τον έλεγχο της ταχύτητας.
- Η ταχύτητα του κινητήρα μπορεί να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας μεταβλητή αντίσταση στον ρότορα καθώς και συσκευές VFD.
- Η τροφοδοσία τάσης εισόδου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μεταβολή της ροπής και της ταχύτητας του κινητήρα.
- Η διακύμανση της τάσης του δικτύου επηρεάζει την ταχύτητα και τη λειτουργία του.
- Οι επαγωγικοί κινητήρες είναι φθηνότεροι.
- Η λειτουργία είναι απλή και φιλική προς το χρήστη.
- Δεν είναι τόσο αποδοτικοί όσο ο σύγχρονος κινητήρας.
- Είναι αρκετά δύσκολο να λειτουργήσει σε χαμηλή ταχύτητα.
- Είναι καταλληλότερο για λειτουργία σε ταχύτητες άνω των 600 σ.α.λ.
- Ο επαγωγικός ή ασύγχρονος κινητήρας λειτουργεί πάντα με συντελεστή ισχύος υστέρησης.
- Δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διόρθωση του συντελεστή ισχύος αλλά μόνο για την οδήγηση μηχανικών φορτίων.
- Δεν υπάρχει τέτοιο φαινόμενο στον επαγωγικό κινητήρα.
Συμπέρασμα
Το συμπέρασμα αυτού του άρθρου είναι ότι οι σύγχρονοι κινητήρες είναι αποδοτικοί αλλά πιο δαπανηροί και χρησιμοποιούνται για εφαρμογή εξαιρετικά χαμηλών στροφών ενώ προσφέρουν δυνατότητα διόρθωσης συντελεστή ισχύος.
Από την άλλη πλευρά, οι επαγωγικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται για εφαρμογή υψηλών στροφών με μεταβλητή ταχύτητα ενώ είναι φθηνοί και ευκολότεροι στη λειτουργία.
