محرك متزامن مقابل محرك غير متزامن

محرك متزامن مقابل محرك غير متزامن

الفرق المحدد هو سرعة الجزء المتحرك بالنسبة إلى المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت: أ محرك متزامن يدور الجزء الدوار بنفس سرعة هذا المجال تمامًا، في حين أن الجزء الدوار للمحرك غير المتزامن (التحريضي) يدور دائمًا بشكل أبطأ قليلاً، وهو فرق يسمى الانزلاق. هذا الانزلاق ضروري في الواقع لتشغيل المحرك التحريضي، حيث أن الحركة النسبية بين الجزء المتحرك والمجال الدوار هي التي تولد تيار الجزء الدوار الذي يولد عزم الدوران في المقام الأول - المحرك التحريضي بدون انزلاق لن يولد أي عزم دوران على الإطلاق.

تتجنب المحركات المتزامنة هذا الاعتماد لأن الجزء المتحرك يحمل مجاله المغناطيسي الخاص (من المغناطيس الدائم أو ملفات المجال) بدلاً من الاعتماد على التيار المستحث، وهو ما يسمح له بتأمين التزامن الدقيق مع مجال الجزء الثابت والحفاظ عليه بدلاً من التخلف عنه بشكل دائم.

دليل اختيار المحرك المتزامن

• تأكد من أن التطبيق يحتاج حقًا إلى سرعة ثابتة ومستقلة عن التحميل — إذا لم تكن دقة السرعة أمرًا بالغ الأهمية، فقد يقدم المحرك التعريفي حلاً أبسط وأقل تكلفة
• تقييم متطلبات البداية — تحتاج معظم المحركات المتزامنة (بخلاف أنواع PMSM ذاتية التشغيل) إلى طريقة بدء أو تحكم في VFD
• الموازنة بين فوائد الكفاءة والتكلفة الأولية، خاصة بالنسبة لتصميمات PMSM حيث تضيف المواد المغناطيسية تكلفة ولكنها توفر مكاسب في الكفاءة
• تأكد من أن متطلبات عزم الدوران تقع ضمن الحد الأقصى لعزم دوران المحرك عبر نطاق التشغيل الكامل للتطبيق
• النظر في قيمة تصحيح معامل القدرة إذا كان النظام الكهربائي الأوسع للمنشأة سيستفيد من قدرة إمداد الطاقة التفاعلية للمحرك المتزامن

كيفية اختيار محرك متزامن

يبدأ اختيار محرك متزامن محدد لأحد التطبيقات بمطابقة عزم الدوران والسرعة ومعدل الطاقة المطلوب مع الحمل، على غرار أي عملية اختيار محرك، ولكن مع إيلاء اهتمام إضافي لنوع المحرك المتزامن المحدد الأكثر ملاءمة للتطبيق. تتناسب تصميمات PMSM مع معظم التطبيقات الحديثة مع إعطاء الأولوية للكفاءة والحجم الصغير ، في حين تظل المحركات المتزامنة ذات العضو الدوار ذات صلة بالتطبيقات الصناعية الكبيرة جدًا حيث يتم تبرير التعقيد الإضافي لنظام التحكم في الإثارة من خلال حجم التثبيت وقيمة الإثارة القابلة للتعديل للتحكم في عامل الطاقة.

مقارنة كفاءة المحرك المتزامن

تتفوق المحركات المتزامنة، وخاصة تصميمات PMSM، بشكل عام على المحركات الحثية من حيث الكفاءة عبر معظم نطاق التشغيل الخاص بها، مع وجود فجوة أكثر وضوحًا عند التحميل الجزئي - وهي حالة تقضي فيها العديد من تطبيقات العالم الحقيقي وقتًا طويلاً في التشغيل، بدلاً من التشغيل المستمر عند الحمل الكامل المقدر. تنبع ميزة الكفاءة هذه من القضاء على خسائر انزلاق الدوار ، التسخين المقاوم الذي يحدث في الجزء الدوار للمحرك التحريضي كنتيجة مباشرة للتيار المستحث اللازم لتوليد عزم الدوران، وهي آلية فقدان ببساطة غير موجودة في الجزء الدوار الممغنط بشكل مستقل للمحرك المتزامن.

خصائص عزم دوران المحرك المتزامن

تختلف العلاقة بين عزم الدوران وسرعة المحرك المتزامن بشكل أساسي عن المحرك التحريضي - فبدلاً من تغيير عزم الدوران بشكل مستمر مع تغير السرعة مع تغير الانزلاق، ينتج المحرك المتزامن عزم الدوران المطلوب للحفاظ على السرعة المتزامنة، حتى الحد الأقصى لعزم الدوران (السحب للخارج). وبعد هذا الحد، لا يتباطأ المحرك تدريجيًا كما يفعل المحرك التحريضي - يفقد التزامن تمامًا ويتوقف، مما يعني أن تطبيقات المحركات المتزامنة تحتاج إلى أن يكون حجمها بهامش عزم دوران مناسب أعلى من الحد الأقصى لعزم دوران الحمل المتوقع لتجنب وضع الفشل المفاجئ هذا.

سلوك عزم الدوران هذا يعني أيضًا أن المحركات المتزامنة عمومًا لا تبدأ ذاتيًا مقابل حمل ثابت كما تفعل العديد من المحركات التحريضية، نظرًا لأن المجال المغناطيسي للدوار الثابت لا يطور عزم دوران متوسطًا ذا معنى ضد مجال الجزء الثابت سريع الدوران - تتطلب معظم تطبيقات المحركات المتزامنة إما طريقة بدء تجعل الدوار قريبًا من سرعة التواقت قبل الانخراط في المجال، أو محرك متغير التردد يزيد تردد العرض تدريجيًا من الصفر.

التحكم المتزامن في سرعة المحرك

نظرًا لأن سرعة المحرك المتزامن مرتبطة بشكل مباشر بتردد الإمداد، فإن ضبط السرعة يتطلب ضبط هذا التردد، وهو بالضبط ما يفعله محرك التردد المتغير (VFD). توفر المحركات المتزامنة التي يتم التحكم فيها بواسطة VFD تحكمًا دقيقًا في السرعة ومزايا كفاءة التشغيل المتزامن ، وهو مزيج شائع بشكل متزايد في أنظمة القيادة الصناعية الحديثة ومجموعات نقل الحركة في المركبات الكهربائية، حيث يلزم التحكم الدقيق في السرعة/عزم الدوران والكفاءة العالية في نفس الوقت.

محرك المغناطيس الدائم مقابل المحرك التعريفي

تغطي هذه المقارنة إلى حد كبير نفس الأساس مثل المقارنة الأوسع بين المتزامن وغير المتزامن، نظرًا لأن PMSM هو التصميم السائد للمحرك المتزامن الحديث الذي تتم مقارنته بالمحركات الحثية في معظم المناقشات الحالية. تركز مزايا PMSM على الكفاءة وكثافة الطاقة والتحكم الدقيق ، في حين تظل المحركات الحثية مفضلة حيث تفوق التكلفة الأولية المنخفضة والبساطة الميكانيكية والقدرة على البدء الذاتي بدون إلكترونيات تحكم إضافية مكاسب الكفاءة التي يمكن أن تقدمها PMSM لتطبيق معين.

اختيار المحرك عالي الكفاءة

يتضمن اختيار محرك عالي الكفاءة النظر إلى ما هو أبعد من نسبة الكفاءة الفردية لكيفية صمود هذه الكفاءة عبر نطاق التشغيل الفعلي المتوقع للمحرك، نظرًا لأن العديد من التطبيقات تعمل أقل بكثير من الحمل المقدر الكامل لأجزاء كبيرة من دورة العمل الخاصة بها. مراجعة الكفاءة عبر نطاق التحميل الكامل، وليس فقط عند تحميل 100%، يعطي صورة أكثر دقة عن استهلاك الطاقة الفعلي وإمكانية توفير التكاليف بدلاً من الاعتماد على تصنيف كفاءة الحمل الكامل وحده.

مقارنة أداء المحرك الكهربائي

اختيار المحرك للمعدات الصناعية

يبدأ اختيار محرك المعدات الصناعية عمومًا بتحديد ملف تعريف عزم الدوران والسرعة للحمل عبر نطاق التشغيل الكامل، ثم تقييم تقنية المحرك التي تتوافق بشكل أفضل مع تلك المتطلبات إلى جانب الكفاءة وتعقيد التحكم وقيود الميزانية. تطبيقات ذات أحمال ثابتة ويمكن التنبؤ بها ولا حاجة للتحكم الدقيق في السرعة غالبًا ما تعمل بشكل جيد مع المحركات الحثية القياسية، في حين أن التطبيقات التي تتطلب تنظيمًا دقيقًا للسرعة أو كفاءة عالية أو التحكم الديناميكي في عزم الدوران تفضل بشكل متزايد التصميمات المتزامنة (خاصة PMSM) المقترنة بالتحكم VFD.

العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار محرك كهربائي

• عزم الدوران والسرعة المطلوبة عبر نطاق التشغيل الكامل، بما في ذلك ظروف البداية والذروة
• متطلبات الكفاءة سواء عند التحميل الكامل أو عبر ظروف التشغيل النموذجية ذات التحميل الجزئي
• احتياجات التحكم في السرعة — سرعة ثابتة، سرعة متغيرة، أو التحكم الدقيق في الموضع/الحركة
• متطلبات البدء وإلكترونيات التحكم المتاحة (مباشر عبر الإنترنت، VFD، أو طريقة بدء أخرى)
• التكلفة الإجمالية للملكية، موازنة تكلفة المحرك والتحكم في المقدمة مقابل توفير الطاقة المتوقع ومتطلبات الصيانة على مدار عمر خدمة المعدات