Koji su glavni nedostaci korištenja AC motora u usporedbi s DC motorom u mojoj aplikaciji?

Izravan odgovor: Gdje su AC motori manji od DC motora

U većini aplikacija, an AC motor teže je precizno kontrolirati, proizvodi manji startni moment po veličini jedinice i zahtijeva skuplju upravljačku elektroniku od usporedivog istosmjernog motora. Ako vaša primjena ovisi o finoj regulaciji brzine, trenutnom okretnom momentu pri nula okretaja u minuti ili jednostavnom upravljanju temeljenom na naponu iz izvora baterije, istosmjerni motor obično je praktičniji izbor. AC motori još uvijek pobjeđuju na robusnosti i dugotrajnom održavanju, ali ta prednost dolazi po cijenu jednostavnosti upravljanja, što je glavni nedostatak s kojim se korisnici uvijek iznova susreću.

Ostatak ovog članka objašnjava točno zašto AC motori stvaraju ove izazove, koristeći konkretne tehničke razloge, a ne nejasne općenitosti, tako da možete odlučiti imaju li ustupci smisla za vaše specifične postavke.

Kontrola brzine je bitno kompliciranija

Brzina AC motora izravno je povezana s frekvencijom napajanja i brojem polova motora, prema formuli N = 120f/P. To znači da osim ako ne promijenite frekvenciju, brzina motora ostaje zaključana blizu svoje sinkrone vrijednosti, samo malo pada pod opterećenjem zbog klizanja. Nasuprot tome, istosmjerni motor mijenja brzinu gotovo linearno s primijenjenim naponom, što ga čini trivijalnim usporiti, ubrzati ili fino podesiti jednostavnim potenciometrom ili osnovnim regulatorom.

AC motor

Zašto je ovo važno u praksi

Ako vaša aplikacija treba raditi na bilo čemu drugom osim fiksne brzine, AC motor to ne može učiniti sam. Potreban vam je pogon s promjenjivom frekvencijom (VFD) za elektroničko podešavanje frekvencije, a to dodaje sloj složenosti koji DC sustav jednostavno ne zahtijeva. Čak i s instaliranim VFD-om, odziv upravljanja rijetko je tako gladak ili tako brz kao ono što istosmjerni motor daje izvorno.

• Brzina motora izmjenične struje kvantizira se brojem polova i mrežnom frekvencijom, ne može se slobodno podešavati
• Brzina istosmjernog motora izravno i predvidljivo reagira na promjene napona
• Postizanje AC promjenjive brzine obično dodaje 15% do 30% ukupnih troškova sustava nakon što je uključen VFD

Slabiji startni moment i manje predvidljiva kontrola momenta

Standardni AC indukcijski motori obično proizvode početni moment od samo 150% do 250% nazivnog momenta , a taj zakretni moment nije u potpunosti dostupan sve dok rotor ne počne stvarati klizanje prema rotirajućem magnetskom polju. Istosmjerni motor, posebno tip sa serijskim namotajem, može isporučiti vrlo visok okretni moment odmah nakon mirovanja, zbog čega su istosmjerni motori i dalje uobičajeni u primjenama kao što su dizala, dizalice i električna vozila gdje je trenutna vučna snaga važna.

Praktični utjecaj na teška opterećenja

Ako vaš teret ima visoko statičko trenje ili se mora odmah pomaknuti pod punim opterećenjem, AC motor bi se mogao zaustaviti ili povući prekomjernu struju pokušavajući svladati taj početni otpor. Inženjeri često moraju predimenzionirati AC motor samo kako bi zajamčili dovoljan startni moment, što povećava i fizički otisak i električnu potražnju sustava u usporedbi s alternativom istosmjerne struje odgovarajuće veličine.

Veći troškovi potrebne upravljačke elektronike

Osnovni izmjenični motor je sam po sebi jeftin, ali u trenutku kada vašoj aplikaciji treba regulacija brzine, meko pokretanje ili precizno pozicioniranje, stvarna cijena se pokazuje u upravljačkom hardveru. VFD-ovi, soft starteri i enkoderi potrebni da bi se AC motor ponašao predvidljivo mogu udvostručiti ili utrostručiti ukupne troškove sustava u odnosu na osnovnu cijenu motora. Sustavi istosmjernih motora, posebno oni manji, često ne trebaju ništa više od jednostavnog PWM kontrolera za postizanje slične funkcionalnosti.

Kamo ide dodatna potrošnja

1. Pogoni promjenjive frekvencije za podešavanje brzine
2. Koderi ili rezolveri za povratnu informaciju o položaju
3. Filtri harmonika za čišćenje buke koju stvara pogon
4. Dodatni prostor za kućište i hlađenje za pogonsku elektroniku

Nijedan od ovih troškova također ne nestaje nakon instalacije — VFD-ovi i pogoni zahtijevaju vlastito održavanje, ažuriranje firmvera i povremenu zamjenu, dodajući ponavljajući trošak koji izbjegava jednostavnija petlja upravljanja istosmjernog motora.

Problemi s kvalitetom električne energije: udarna struja, faktor snage i harmonici

AC motori, osobito indukcijski tipovi, vuku startnu struju koja može doseći šest do osam puta više od nazivne struje . Ova udarna struja može uzrokovati pad napona na opskrbnoj liniji, isključivanje zaštitnih prekidača ili transformatora naprezanja ako se više motora pokrene istovremeno. DC motori općenito imaju veću struju pokretanja koju je moguće kontrolirati jer se pogonski napon može postupno povećavati.

Degradacija faktora snage

AC indukcijski motori također troše jalovu snagu, što smanjuje ukupni faktor snage električnog sustava, posebno kada motor radi pod malim ili djelomičnim opterećenjem. Loš faktor snage povećava troškove komunalnih usluga u mnogim komercijalnim postavkama i može zahtijevati kondenzatorske baterije za korekciju - još jedan trošak koji sustavi istosmjernih motora obično izbjegavaju.

Dodatni izazovi za male dizajne AC elektromotora i mini AC motora

Nedostaci AC motora postaju još izraženiji u maloj mjeri. Jednofazni mali AC elektromotor ne može sam generirati rotirajuće magnetsko polje na način na koji to može trofazni motor, pa su mu potrebne pomoćne komponente poput startnih kondenzatora, zasjenjenih polova ili namotaja podijeljenih faza samo da bi se počeo okretati. Ovi dodaci povećavaju složenost proizvodnje i smanjuju pouzdanost u usporedbi s istosmjernim motorom slične veličine, koji pouzdano počinje jednostavnom dvožilnom vezom.

A mini AC motor koji se koristi u kompaktnim uređajima ili prijenosnoj opremi također ima tendenciju da radi manje učinkovito pri niskim nazivnim snagama, budući da fiksni gubici poput gubitka jezgre i trenja čine veći udio ukupne ulazne snage kada je sam motor malen. Dizajneri koji rade s mini AC motorom često otkrivaju da je postizanje glatke, podesive brzine u kompaktnom kućištu mnogo teže nego s istosmjernim motorom jednake veličine, što je jedan od razloga zašto DC motori dominiraju ručnim alatima na baterije, dronovima i malim robotima.

Kompatibilnost s istosmjernim izvorima napajanja

AC motor naspram istosmjernog motora: Usporedna usporedba

Kada istosmjerni motor ima više smisla za vašu primjenu

Na temelju gore navedenih nedostataka, DC motor općenito bolje odgovara kada vaša primjena uključuje bilo koji od sljedećih uvjeta:

• Potrebna vam je precizna, kontinuirano promjenjiva brzina bez dodavanja VFD-a
• Opterećenje zahtijeva jak zakretni moment odmah pri pokretanju
• Vaš izvor napajanja je inherentno DC, kao što su baterije ili solarni paneli
• Proračunska ograničenja isključuju skupu pogonsku elektroniku
• Primjena je kompaktna, kao što je zamjena mini AC motora u prijenosnoj opremi gdje težina pretvarača predstavlja problem