اشکالات اصلی استفاده از موتور AC در مقایسه با موتور DC در برنامه من چیست؟

پاسخ مستقیم: جایی که موتورهای AC نسبت به موتورهای DC کوتاهی می‌کنند

در اکثر برنامه ها، یک موتور AC کنترل دقیق‌تر سخت‌تر است، گشتاور راه‌اندازی کمتری در واحد اندازه تولید می‌کند و به الکترونیک کنترل گران‌تری نیاز دارد. نسبت به یک موتور DC قابل مقایسه است. اگر کاربرد شما به تنظیم سرعت دقیق، گشتاور فوری در RPM صفر یا کنترل ساده مبتنی بر ولتاژ از منبع باتری بستگی دارد، موتور DC معمولاً انتخاب عملی‌تری است. موتورهای AC هنوز هم در استحکام و نگهداری طولانی مدت برنده هستند، اما این مزیت به قیمت سادگی کنترل است، که نقطه ضعف اصلی کاربران است که بارها و بارها با آن مواجه می شوند.

بقیه این مقاله دقیقاً چرا موتورهای AC این چالش‌ها را ایجاد می‌کنند، با استفاده از دلایل فنی مشخص به جای کلیات مبهم، توضیح می‌دهد، بنابراین می‌توانید تصمیم بگیرید که آیا این معاوضه برای تنظیمات خاص شما منطقی است یا خیر.

کنترل سرعت اساساً پیچیده تر است

سرعت یک موتور AC مستقیماً به فرکانس منبع تغذیه و تعداد قطب های موتور، مطابق فرمول N = 120f/P بستگی دارد. این بدان معناست که تا زمانی که فرکانس را تغییر ندهید، سرعت موتور نزدیک به مقدار سنکرون خود قفل می شود و فقط به دلیل لغزش در زیر بار کمی کاهش می یابد. در مقابل، یک موتور DC، سرعت را تقریباً به صورت خطی با ولتاژ اعمال شده تغییر می‌دهد، که کاهش سرعت، افزایش سرعت یا تنظیم دقیق با یک پتانسیومتر ساده یا کنترل‌کننده اصلی را امری ساده می‌کند.

موتور AC

چرا این در عمل اهمیت دارد

اگر برنامه شما باید با سرعت دیگری غیر از سرعت ثابت اجرا شود، موتور AC نمی تواند این کار را به تنهایی انجام دهد. برای تنظیم الکترونیکی فرکانس به یک درایو فرکانس متغیر (VFD) نیاز دارید و این یک لایه پیچیدگی را اضافه می کند که یک سیستم DC به سادگی به آن نیاز ندارد. حتی با نصب VFD، پاسخ کنترل به ندرت به همان سرعتی که یک موتور DC به صورت بومی ارائه می دهد، صاف یا سریع است.

• سرعت موتور AC با تعداد قطب ها و فرکانس خط کوانتیزه می شود و به راحتی قابل تنظیم نیست
• سرعت موتور DC به طور مستقیم و قابل پیش بینی به تغییرات ولتاژ پاسخ می دهد
• دستیابی به سرعت متغیر AC معمولاً می افزاید 15% تا 30% به کل هزینه سیستم هنگامی که یک VFD گنجانده شود

گشتاور شروع ضعیف تر و کنترل گشتاور کمتر قابل پیش بینی

موتورهای القایی AC استاندارد معمولاً گشتاور راه اندازی تنها تولید می کنند 150% تا 250% گشتاور نامی و این گشتاور تا زمانی که روتور شروع به لغزش در برابر میدان مغناطیسی دوار نکند به طور کامل در دسترس نیست. یک موتور DC، به ویژه یک نوع سیم پیچی سری، می تواند گشتاور بسیار بالایی را از حالت سکون ارائه دهد، به همین دلیل است که موتورهای DC در کاربردهایی مانند آسانسور، جرثقیل، و وسایل نقلیه الکتریکی که قدرت کشش فوری اهمیت دارد، رایج باقی می مانند.

تاثیر عملی بر بارهای سنگین

اگر بار شما دارای اصطکاک استاتیکی بالایی است یا نیاز به حرکت فوری در زیر بار کامل داشته باشد، یک موتور AC ممکن است در تلاش برای غلبه بر مقاومت اولیه، متوقف شود یا جریان زیادی بکشد. مهندسان اغلب مجبورند موتور AC را بزرگ‌تر کنند تا گشتاور راه‌اندازی کافی را تضمین کنند، که هم ردپای فیزیکی و هم تقاضای الکتریکی سیستم را در مقایسه با یک جایگزین DC با اندازه مناسب افزایش می‌دهد.

هزینه های بالاتر از الکترونیک کنترل مورد نیاز

یک موتور AC پایه به خودی خود ارزان است، اما در لحظه ای که برنامه شما به تنظیم سرعت، راه اندازی نرم یا موقعیت دقیق نیاز دارد، هزینه واقعی در سخت افزار کنترل نشان داده می شود. VFD ها، سافت استارترها و رمزگذارهای مورد نیاز برای ایجاد رفتار قابل پیش بینی یک موتور AC می توانند دو یا سه برابر هزینه کل سیستم نسبت به قیمت پایه موتور سیستم‌های موتور DC، به‌ویژه آنهایی که کوچک‌تر هستند، اغلب به چیزی جز یک کنترل‌کننده ساده PWM برای دستیابی به عملکرد مشابه نیاز ندارند.

جایی که هزینه اضافی می رود

1. درایوهای فرکانس متغیر برای تنظیم سرعت
2. رمزگذار یا حل کننده برای بازخورد موقعیت
3. فیلترهای هارمونیک برای پاکسازی نویزهای تولید شده توسط درایو
4. فضای محفظه اضافی و خنک کننده برای الکترونیک درایو

هیچ یک از این هزینه ها پس از نصب نیز ناپدید نمی شوند - VFD ها و درایوها نیاز به تعمیر و نگهداری، به روز رسانی سیستم عامل و تعویض گاه به گاه خود دارند و هزینه های تکراری را اضافه می کند که حلقه کنترل ساده تر موتور DC از آن جلوگیری می کند.

مشکلات کیفیت توان: جریان هجومی، ضریب توان و هارمونیک

موتورهای AC، به ویژه انواع القایی، جریان راه اندازی را می کشند که می تواند به آن برسد شش تا هشت برابر جریان نامی آنها . این جریان هجومی می تواند باعث کاهش ولتاژ در خط تغذیه، قطع کننده های محافظ قطع یا ترانسفورماتورهای استرس در صورت شروع همزمان چند موتور شود. موتورهای DC معمولاً جریان راه اندازی قابل کنترل بیشتری دارند زیرا ولتاژ محرک را می توان به تدریج افزایش داد.

کاهش ضریب قدرت

موتورهای القایی AC نیز توان راکتیو مصرف می کنند که ضریب توان کلی سیستم الکتریکی را کاهش می دهد، به خصوص زمانی که موتور تحت بار سبک یا جزئی کار می کند. ضریب توان ضعیف، هزینه های برق شهری را در بسیاری از تنظیمات تجاری افزایش می دهد و ممکن است برای اصلاح به بانک های خازن نیاز داشته باشد - هزینه دیگری که سیستم های موتور DC معمولاً از آن اجتناب می کنند.

چالش‌های اضافی برای طراحی‌های موتور الکتریکی AC کوچک و موتورهای AC کوچک

معایب موتورهای AC در مقیاس کوچک بیشتر آشکار می شود. تک فاز موتور الکتریکی AC کوچک نمی تواند مانند یک موتور سه فاز به تنهایی میدان مغناطیسی دوار ایجاد کند، بنابراین برای شروع چرخش به اجزای کمکی مانند خازن های راه اندازی، قطب های سایه دار یا سیم پیچ های فاز تقسیم شده نیاز دارد. این اضافات پیچیدگی ساخت را افزایش داده و قابلیت اطمینان را در مقایسه با یک موتور DC با اندازه مشابه، که به طور قابل اعتماد از یک اتصال دو سیم ساده شروع می شود، کاهش می دهد.

A مینی موتور AC در دستگاه‌های فشرده یا تجهیزات قابل حمل استفاده می‌شود، همچنین در درجه‌بندی‌های توان کم کارایی کمتری دارد، زیرا تلفات ثابت مانند تلفات هسته و اصطکاک، سهم بیشتری از کل توان ورودی را هنگامی که خود موتور کوچک است تشکیل می‌دهد. طراحانی که با یک موتور مینی AC کار می کنند اغلب متوجه می شوند که دستیابی به سرعت صاف و قابل تنظیم در یک محفظه جمع و جور بسیار دشوارتر از موتورهای DC هم اندازه است، که یکی از دلایل تسلط موتورهای DC بر ابزارهای دستی با باتری، پهپادها و روباتیک های کوچک است.

سازگاری با منابع برق DC

موتور AC در مقابل موتور DC: مقایسه کنار هم

هنگامی که یک موتور DC برای کاربرد شما منطقی تر است

بر اساس معایبی که در بالا ذکر شد، یک موتور DC به طور کلی زمانی مناسب تر است که برنامه شما شامل یکی از شرایط زیر باشد:

• شما به سرعت متغیر و دقیق بدون افزودن VFD نیاز دارید
• بار در هنگام راه اندازی بلافاصله به گشتاور قوی نیاز دارد
• منبع انرژی شما ذاتا DC است، مانند باتری ها یا پنل های خورشیدی
• محدودیت های بودجه، وسایل الکترونیکی درایو گران قیمت را رد می کند
• برنامه فشرده است، مانند جایگزینی موتور AC مینی در تجهیزات قابل حمل که وزن اینورتر مشکل ساز است.