В большом семействе двигателей асинхронные и моментные двигатели имеют широкий спектр применения. Они играют важную роль в различных областях, но многие люди не очень хорошо понимают их различия. В этой статье мы обсудим различия между асинхронными и моментными двигателями, чтобы помочь читателям лучше понять характеристики и сценарии применения этих двух типов двигателей.
A. Принцип работы
a. Асинхронный двигатель
Асинхронный двигатель, также известный как асинхронный двигатель, принцип его работы заключается в использовании обмотки статора в трехфазном переменном токе для генерации вращающегося магнитного поля, во вращающемся магнитном поле ротора проводник разрезает магнитные линии силы для создания индуцированной электродвижущей силы и индуцированного тока. При взаимодействии тока ротора с вращающимся магнитным полем возникает электромагнитный момент, заставляющий ротор вращаться.
Скорость асинхронного двигателя всегда ниже синхронной, потому что скорость ротора должна отставать от скорости вращающегося магнитного поля, чтобы генерировать индукционный ток и электромагнитный момент. Синхронная скорость асинхронного двигателя зависит от частоты источника питания и числа полюсов двигателя, которое рассчитывается по формуле: n = 60f/p, где n - синхронная скорость, f - частота источника питания, p - число полюсов двигателя.
b. Моментный двигатель
Моментный двигатель - это специальный двигатель с мягкими механическими характеристиками и широким диапазоном скорости. Принцип его работы заключается в регулировании выходного крутящего момента двигателя путем изменения входного напряжения или тока двигателя. В моментных двигателях обычно используются постоянные магниты или обмотки возбуждения для создания магнитного поля. Когда двигатель находится под напряжением, магнитное поле взаимодействует с током в обмотках якоря, создавая электромагнитный момент.
Выходной момент моментного двигателя пропорционален входному току, т.е. выходной момент двигателя можно точно регулировать, управляя величиной входного тока. В то же время скорость вращения моментного двигателя автоматически уменьшается с увеличением нагрузки, и он обладает хорошей характеристикой блокировки, которая может создавать большой крутящий момент в условиях блокировки без сгорания двигателя.
B. Конструктивные характеристики
a. Асинхронный двигатель
Асинхронный двигатель состоит в основном из двух частей: статора и ротора. Статор состоит из сердечника статора, обмотки статора и основания машины. Сердечник статора изготовлен из листов кремниевой стали, ламинированных вместе для формирования магнитной цепи двигателя. Обмотка статора изготовлена из эмалированного провода, который генерирует вращающееся магнитное поле после включения в сеть трехфазного переменного тока. Основание служит для крепления сердечника статора и поддержки двигателя в целом.
Ротор состоит из сердечника ротора, обмотки ротора и вала ротора. Сердечник ротора также изготовлен из листов кремниевой стали, ламинированных друг на друга для формирования магнитной цепи двигателя. Обмотка ротора делится на два типа: короткозамкнутый виток и проволочная обмотка. Обмотка ротора с беличьей клеткой изготавливается из медных или алюминиевых стержней, по форме напоминающих беличью клетку, с простой и прочной структурой. Проволочная обмотка ротора изготавливается из эмалированного провода и подключается к внешней цепи через коллекторные кольца и щетки, что позволяет регулировать скорость вращения двигателя.
b. Моментный двигатель
Структура моментного двигателя отличается от структуры обычного двигателя. Обычно он имеет плоскую структуру с большим диаметром статора и ротора и меньшей осевой длиной. Такая структура увеличивает выходной крутящий момент двигателя и уменьшает его размеры и вес.
Статор моментного двигателя обычно состоит из сердечника статора, обмотки возбуждения и седла. Обмотки возбуждения используются для создания магнитного поля, а основание служит для удержания сердечника статора и поддержки двигателя в целом. Ротор моментного двигателя обычно состоит из сердечника ротора, обмоток якоря и вала. Обмотка якоря - ключевой компонент моментного двигателя, который создает электромагнитный момент, взаимодействуя с магнитным полем статора.
C. Асинхронные двигатели и моментные двигатели различаются по регулированию скорости следующим образом:
a. Асинхронный двигатель:
-Регулирование скорости с помощью частотного преобразования: в основном изменяет синхронную скорость асинхронного двигателя переменного тока, в соответствии с методом преобразования частоты существует в основном два вида: прямое преобразование частоты и косвенное преобразование частоты. Он имеет преимущества большого диапазона скорости, жесткие характеристики, высокую точность, небольшие дополнительные потери, высокую эффективность скорости, широкий спектр применения и т.д. Он подходит для асинхронного двигателя с сепаратором переменного тока и является основным методом регулирования скорости асинхронного двигателя в настоящее время. Недостатками являются сложное устройство управления, высокая стоимость и трудное обслуживание.
-Регулирование скорости с переменными полюсами: применяется только для асинхронных двигателей сепараторного типа, и изменяет количество магнитных полюсов двигателя путем изменения проводки обмоток статора, чтобы изменить синхронную скорость вращения. Этот тип регулятора скорости имеет жесткие механические характеристики, хорошую стабильность; отсутствие потерь при вращении, высокую эффективность; простую проводку, удобное управление, низкую цену. Но недостатком является то, что есть уровни регулирования скорости, разница уровней велика, не может получить плавное регулирование скорости. Может использоваться в сочетании с регулятором напряжения, электромагнитной дифференциальной муфтой для получения высокой эффективности и плавных характеристик скорости. Применяется для производственного оборудования, не требующего плавного регулирования скорости, например, металлорежущие станки, лифты, подъемное оборудование, вентиляторы, насосы и т.д.
-Регулирование скорости на уровне струны: применимо только к асинхронному двигателю переменного тока, является одним из способов изменения скорости регулирования скорости, в цепи ротора двигателя в струне регулируется дополнительный потенциал для изменения разности вращения двигателя, для достижения цели регулирования скорости. Большая часть дифференциальной мощности поглощается дополнительным потенциалом, а затем устройство, генерирующее дополнительный потенциал, используется для возврата поглощенной дифференциальной мощности в сеть или преобразования энергии для использования. Он характеризуется высокой рентабельностью, может возвращать потери вращения повторно, высокой эффективностью; мощность устройства и диапазон скоростей пропорциональны инвестициям в провинцию, применим к диапазону скоростей в номинальной скорости 70%-90% производственного оборудования; отказ устройства управления скоростью может быть переключен на полноскоростную работу, чтобы избежать остановки производства. Недостатком является то, что коэффициент мощности тиристорной серии управления скоростью низкий, а гармоническое влияние велико. Подходит для вентиляторов, насосов и прокатного стана, шахтного подъемника, экструдера.
-Управление скоростью вращения ротора двигателя с проволочной обмоткой: только для асинхронного двигателя переменного тока с проволочной обмоткой, путем изменения обмотки ротора асинхронного двигателя в значение дополнительного сопротивления, чтобы изменить скорость вращения двигателя, а затем изменить скорость двигателя. Этот метод прост, удобен в управлении, но мощность вращения расходуется в виде тепла в сопротивлении, происходит ступенчатое регулирование скорости, механические характеристики мягче. В потенциальной нагрузке используется чаще, например, мостовые краны, тележки и лебедки управляются таким образом.
-Регулирование напряжения статора: при изменении напряжения статора двигателя можно получить набор различных кривых механических характеристик для получения различных скоростей. Поскольку крутящий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения, изменение напряжения статора серьезно влияет на максимальный крутящий момент, диапазон скоростей мал, и применение двигателя с сепаратором не очень хорошо. Чтобы расширить диапазон скоростей, следует использовать регулирование напряжения для регулирования скорости сепараторных двигателей с большим сопротивлением ротора, например, регулирование скорости моментного двигателя, или серию частотно-чувствительных резисторов на проволочном двигателе. Когда регулирование скорости превышает 2:1, для достижения цели автоматического регулирования следует использовать управление с обратной связью. Линия регулятора напряжения проста и легко реализует автоматическое управление, но мощность вращения в процессе регулирования напряжения расходуется в виде тепла в сопротивлении ротора, что менее эффективно. Обычно применяется к производственному оборудованию мощностью менее 100 кВт, в основном применяется к вентиляторам и насосам нагрузки или потенциальной нагрузки.
b. Моментный двигатель:
- Метод регулирования с переменным числом пар полюсов: изменение числа пар полюсов двигателя с клеткой путем изменения способа обмотки статора для достижения цели регулирования.
- Регулирование частоты: изменение частоты питания статора двигателя, таким образом, изменяется его синхронная скорость. Система регулирования частоты является основным оборудованием для обеспечения частоты питания инвертора, может быть разделена на AC - DC - AC преобразователь частоты и AC - AC преобразователь частоты двух категорий, в настоящее время наиболее используемым в Китае является AC - DC - AC преобразователь частоты.
- Последовательный метод регулирования: Регулируемый потенциал прикладывается к кольцу ротора двигателя линии обмотки, чтобы изменить дифференциальную мощность двигателя для достижения цели регулирования скорости. Большая часть дифференциальной мощности поглощается подаваемыми дополнительными потенциалами, которые затем используются для генерации дополнительного оборудования, возвращающего поглощенную дифференциальную мощность в сеть или преобразующего ее в энергию для использования. В зависимости от того, как поглощается и используется мощность, последовательное регулирование можно разделить на последовательное регулирование двигателя, механическое последовательное регулирование и тиристорное последовательное регулирование.
- Регулирование последовательного сопротивления ротора: обмотка последовательного сопротивления ротора асинхронного двигателя, благодаря чему скорость вращения двигателя увеличивается, а значит, двигатель работает на более низкой скорости. Чем больше последовательное сопротивление, тем ниже скорость вращения двигателя. Метод оборудования прост, легок в управлении, но дифференциальная мощность в виде нагрева, потребляемая в сопротивлении, является градуированным регулированием скорости, механические характеристики мягкие.
- Метод регулирования напряжения статора: при изменении напряжения статора двигателя можно получить набор кривых с различными механическими характеристиками, а затем получить различные скорости. Из-за того, что крутящий момент и напряжение двигателя пропорциональны квадрату, большой крутящий момент сильно уменьшается, диапазон регулирования мал, что затрудняет применение двигателя с общей клеткой. Для того чтобы расширить диапазон регулирования, следует использовать с большим значением сопротивления ротора сепараторного двигателя, например, моментный двигатель управления скоростью, или последовательно с частотно-чувствительным резистором на проволочном двигателе. Когда регулирование скорости превышает 2:1, для достижения цели автоматического регулирования следует использовать управление с обратной связью. Обычно используются такие методы регулирования, как последовательное регулирование с помощью насыщающегося реактора, регулирование с помощью автотрансформатора и тиристорное регулирование.
- Электромагнитный метод регулирования скорости: Состоит из электродвигателя с сепаратором, электромагнитной муфты крутящего момента и источника питания (контроллера) с постоянным возбуждением. Изменяя угол проводимости тиристора, можно изменять величину тока возбуждения, тем самым изменяя выходной крутящий момент и скорость муфты. Этот метод регулирования скорости подходит для средней и малой мощности, требований плоского скольжения, кратковременной низкоскоростной работы производственного оборудования.
- Метод регулирования скорости гидравлической муфты: гидравлическая муфта обычно состоит из насосного колеса и турбины, помещенных в герметичную оболочку, оболочка заполнена определенным количеством рабочей жидкости. Когда насосное колесо приводится во вращение тяговым электродвигателем, жидкость внутри насосного колеса приводится во вращение лопастью, и под действием центробежной силы попадает в турбину по внешнему кольцу насосного колеса, и толкает лопасть турбины во вращение, а затем приводит в действие производственную машину. Во время рабочего процесса скорость вращения турбины муфты может быть изменена путем изменения скорости заполнения жидкостью для реализации бесступенчатого регулирования скорости. Он подходит для регулирования скорости вентиляторов и насосов.
D. Эксплуатационные характеристики
a. Асинхронный двигатель
(1) Преимущества:
① Простая структура, долговечность и низкая стоимость.
② Надежная работа и простота обслуживания.
③Подходит для различных видов нагрузок и рабочих сред.
(iv) Можно регулировать скорость путем изменения частоты питания и количества полюсов.
(2) Недостатки
① Низкая эффективность регулирования скорости, узкий диапазон скорости.
② Большой пусковой ток, большое влияние на электросеть.
(iii) Низкий коэффициент мощности, необходимость компенсации реактивной мощности.
(iv) Более низкий КПД при работе на низкой скорости.
b. Моментный двигатель
(1) Преимущества
① Обладает мягкими механическими характеристиками, скорость вращения автоматически снижается при увеличении нагрузки, может создавать большой крутящий момент в заблокированном состоянии без сгорания двигателя.
② Широкий диапазон скорости, может быть реализована бесступенчатая регулировка скорости.
③ Высокая точность, может точно контролировать выходной крутящий момент.
④ Быстрая скорость реакции, хорошие динамические характеристики.
(2) Недостатки:
① Сложная структура, высокая стоимость.
② Для управления скоростью необходим специализированный контроллер.
(iii) Проблема рассеивания тепла более заметна, необходимо принимать эффективные меры по рассеиванию тепла.
E. Сценарии применения
a. Асинхронные двигатели
Асинхронные двигатели широко используются в промышленности, сельском хозяйстве, транспорте, бытовой технике и других областях. Например, в промышленном производстве они приводят в действие компрессоры, водяные насосы, дробилки и т.д., а также может использоваться для привода воздуходувок, угольных мельниц, прокатных станов, лебедок и другого оборудования; в сельскохозяйственном производстве асинхронные двигатели обычно используются для привода ирригационного оборудования, оборудования для переработки сельскохозяйственной продукции и т.д.; в транспортной сфере асинхронные двигатели обычно используются для привода электромобилей, электровелосипедов и т.д.; в области бытовой техники однофазные асинхронные двигатели обычно используются для привода стиральных машин, вентиляторов, кондиционеров и т.д. В области бытовой техники однофазные асинхронные двигатели обычно используются для привода стиральных машин, электровентиляторов, кондиционеров и т. д.
b. Моментный двигатель
Моментные двигатели в основном используются в тех случаях, когда требуется точный контроль крутящего момента и скорости, например, в текстильном оборудовании, бумагоделательном оборудовании, полиграфическом оборудовании, упаковочном оборудовании, медицинском оборудовании, станках с ЧПУ и т.д.
- Текстильное оборудование: В текстильном процессе необходимо точно контролировать натяжение пряжи или ткани, моментный двигатель может обеспечить постоянный крутящий момент на различных скоростях для обеспечения стабильности натяжения ткани в процессе печати, окрашивания, ткачества, намотки и т.д., а также для предотвращения обрыва пряжи или деформации ткани, например, в случае передачи ткани через несколько роликов, моментный двигатель может обеспечить постоянный крутящий момент и постоянное натяжение ткани при любой скорости. Например, когда ткань проходит через несколько роликовых валов, моментный двигатель может обеспечить постоянный крутящий момент и постоянное натяжение ткани при любой скорости.
- Производство проводов и кабелей: В процессе намотки и размотки проволоки и кабеля двигатель должен автоматически регулировать выходной крутящий момент при изменении диаметра катушки для поддержания постоянного натяжения кабеля. Мягкие механические характеристики и широкий диапазон скорости моментного двигателя делают его очень подходящим для этого сценария применения, что позволяет избежать слишком слабого или слишком тугого натяжения кабеля и обеспечить качество продукции.
- Бумагоделательное оборудование: бумага должна поддерживать определенное натяжение и скорость линии во время производственного процесса, моментный двигатель может точно контролировать натяжение бумаги, чтобы гарантировать, что бумага в копировании, покрытии, разрезании и других частях плавно продвигается, и может адаптироваться к требованиям различной толщины и ширины бумаги.
- Обработка металла: Например, намотка металлических листов, размотка и другие процессы обработки требуют от двигателей обеспечения стабильного крутящего момента и точного контроля скорости, моментные двигатели могут удовлетворить эти требования и повысить точность обработки и качество продукции.
- Печатное оборудование: в процессе печати транспортировка, намотка и привод печатного цилиндра требуют точного контроля крутящего момента и скорости, и моментный двигатель может обеспечить точность приводки и стабильность качества печатной продукции.
В целом, асинхронные двигатели и моментные двигатели по принципу работы, структурным характеристикам, эксплуатационным характеристикам и сценариям применения имеют очевидные различия. Асинхронный двигатель имеет простую структуру, низкую стоимость, надежную работу и подходит для различных нагрузок и рабочих условий; моментный двигатель имеет мягкие механические характеристики, широкий диапазон скоростей, высокую точность и подходит для случаев, требующих точного контроля крутящего момента и скорости. В практическом применении соответствующий двигатель должен быть выбран в соответствии с конкретными потребностями, чтобы в полной мере использовать его преимущества и повысить эффективность производства и качество продукции.