Jaký je rozdíl mezi synchronními a asynchronními motory?

„Konfrontace“ mezi synchronními a asynchronními elektromotory začala v polovině 20. století. V čele „synchronního týmu“ tehdy stál tzv. stejnosměrný elektromotor, známý také jako „sběrný“ motor, který je zároveň nejjednodušším „členem rodiny“ synchronních elektrických strojů. Proč „nejjednodušší“? Vzhledem k tomu, že na rozdíl od moderního synchronního elektromotoru má zabudovaný primitivní systém řízení – kolektor. Tento důležitý detail pomohl dosáhnout toho hlavního: vytvořit jednoduchý a levný synchronní stroj, který lze napájet přímo ze zdroje stejnosměrného proudu. Nevýhody komutátorových elektromotorů se však ukázaly mnohem větší než výhody: omezená životnost a nízká spolehlivost, stejně jako konstrukční omezení v počtu pólů neumožňovaly zvýšení točivého momentu.

Právě v návaznosti na boj s problematickým kolektorem v 80. až 90. letech minulého století začaly získávat na oblibě bezkomutátorové asynchronní elektromotory. Navzdory skutečnosti, že výroba technologicky „asynchronních“ motorů se ukázala jako obtížnější a účinnost a točivý moment jsou výrazně nižší než u podobných synchronních elektromotorů, „asynchronní“ motory začaly rychle vytlačovat komutátorové elektromotory. Bezkomutátorové synchronní elektromotory zatím neměly šanci, protože nebyla dostupná technologická a komponentová základna pro jejich výrobu a kvalitní řízení. Kvůli tomu mají někteří specialisté a zástupci starší generace stále silný předsudek, že synchronní elektromotory jsou velmi drahé a složité. Dokud nebyly vytvořeny dostupné digitální systémy a nové řídicí algoritmy, byla jednou z hlavních nevýhod synchronních elektromotorů nemožnost řídit jejich rychlost.

Současnost.

Synchronní elektromotory řady EM s dosahováním účinnosti 97 – 98,5%.

Za posledních 5-10 let se vyhlídky synchronních elektrických strojů dramaticky zlepšily a rozšířily! Při přechodu na 6. Technologická struktura Nové výrobní technologie, jako jsou kovoplasty a tepelně vodivé kompozity, prášková metalurgie a 3D tisk atd., jsou stále dostupnější a rozšířenější. Výkonové polovodiče, specializované mikrokontroléry a další elektronické součástky výrazně zlevnily a zlepšily své vlastnosti. Byla vyvinuta nová originální řešení, která umožňují několikanásobně zvýšit měrné výkonové charakteristiky elektrických strojů. Díky rychlému vývoji moderních frekvenčních měničů s digitálními řídicími systémy se synchronní elektromotory staly snadno ovladatelné. Přesné řízení všech výkonových charakteristik synchronních pohonů v celém rozsahu provozních otáček a vysoká účinnost, jak při akceleraci, tak při volnoběhu, se staly dalšími důležitými výhodami oproti asynchronním pohonům. Vzhledem ke svým konstrukčním vlastnostem jsou asynchronní elektromotory neúčinné při volnoběhu a nízkých otáčkách, neustále spotřebovávají energii k buzení rotoru a ke zrychlení vyžadují superproudy, které 4-5krát překračují jmenovité hodnoty! Pro srovnání se vyvíjejí synchronní elektromotory jmenovitý točivý moment v celém rozsahu provozních otáček při jmenovitém proudu. Nižší provozní proud umožňuje zejména použití baterií s vyšší měrnou kapacitou.

Vyšší účinnost a točivý moment při relativně nízkých provozních proudech a dobrá ovladatelnost umožňují synchronním elektromotorům úspěšně nahradit asynchronní ve všech typech elektrické dopravy: pozemní, vzdušné i vodní. V tak vyspělých odvětvích, jako je robotika, mechatronika a výroba letadel, již byly asynchronní elektromotory téměř zcela nahrazeny synchronními.

Příkladem realizace obrovského potenciálu bezkomutátorových synchronních elektrických pohonů je nová generace moderních synchronních strojů řady AW , EM , AEM , IEM и sEM . Tyto synchronní elektrické stroje vykazují působivé specifické výkonové charakteristiky, které 5-10krát jsou lepší než tradiční „asynchronní“ a umožňují přechod z běžných systémů „asynchronního motoru s převodovkou“ na přímý (bezpřevodový) elektrický pohon.

Klasický asynchronní elektromotor

Synchronní elektromotory s vysokým točivým momentem řady EM, AEM , iEM a sEM

Konstrukční a výrobní technologie asynchronních elektromotorů byla za poslední půlstoletí natolik vyvinuta a optimalizována, že jakákoli další vylepšení nebo vylepšení jejich elektrických parametrů, a to ani za použití moderního softwaru a výpočetních nástrojů, nám již nedovolují počítat na znatelném snížení tak velké mezery od moderních synchronních elektromotorů na základě specifických výkonových charakteristik. Maximum, které nyní taková vylepšení „asynchronních“ systémů poskytují, je zlepšení parametrů pouze o 20-30 %. Abychom vyhověli tak důležitému požadavky 6. Technologická struktura, jako je minimalizace spotřeby materiálu, vysoká účinnost a přesná ovladatelnost, toto zlepšení nestačí, zvláště na pozadí vysokého výkonu, který prokazují moderní synchronní elektrické stroje.

Hlavní výhodou, kterou si asynchronní elektromotory stále zachovávají, díky zavedeným výrobním kapacitám v asijských zemích a vysoké konkurenci, je jejich nízká cena. Když se však dosáhne objemů hromadné výroby srovnatelných s asynchronními motory, náklady na synchronní elektrické stroje řady AW, EM, AEM , IEM и sEM budou nevyhnutelně nižší než „asynchronní“ zařízení podobného výkonu, protože:

1) řada synchronních elektrických strojů AW, EM, AEM , IEM и sEM mít a několikanásobně (!) menší hmotnost a rozměry ve srovnání s „asynchronními“ jednotkami podobného výkonu nebo točivého momentu, což znamená proporcionálně nižší spotřeba materiálu řady AW , EM , AEM , IEM и sEM .

Na rozdíl od rozšířených mýtů přitom náklady na permanentní neodymové magnety v praxi nepřesahují 30 % nákladů na ostatní materiály a součásti synchronních elektrických strojů, včetně používaných moderních kompozitů.

S poukazem na permanentní magnety jako hlavní nedostatek ve výrobě rotorů moderních elektromotorů s vysokým točivým momentem zastánci asynchronních elektromotorů mlčí o vysoké pracnosti a složitosti hromadné výroby statorů pro asynchronní motory. Dokonce i velké specializované podniky zpravidla provádějí sériové vinutí a montáž statorů asynchronních elektromotorů pouze ručně, což výrazně ovlivňuje jejich cenu!

2) Na rozdíl od klasických asynchronních a synchronních elektrických strojů, sériové modely AW, EM, AEM , IEM и sEM mít špičková technologie sériové montáže! Toho je dosaženo nejen širokým použitím moderních kompozitních materiálů při konstrukci statoru a rotoru, ale také schopností zajistit plnou automatizaci sériová výroba s relativně malými kapitálovými investicemi do zařízení. To umožňuje nejen snížit nákladyAle zvýšit spolehlivost vyrobené produkty.

* Etapa ruční montáže statoru asynchronního motoru ve specializované výrobě.

Kompozitní stator CCSC-3 pro řady AW a EM, sestavený pomocí automatického navíjecího zařízení pro bezrámové cívky

Tedy ve srovnání s asynchronními elektromotory řady EM , AEM , IEM и sEM mají relativně vyšší cenu kompozitního rotoru díky permanentním magnetům, ale zároveň poskytují nižší cenu kompozitních statorů díky vysoké vyrobitelnosti a automatizaci sériové montáže.

S tak zřejmými výhodami moderních synchronních pohonů je nepravděpodobné, že by jakékoli pokusy omezit jejich vývoj hororovými příběhy o „demagnetizačních magnetech“, „vysoké ceně“, „nedostupnosti“ atd. pomohly přívržencům „asynchronních pohonů“ udržet si svou pozici v trhu moderních komplexních systémů, zejména v podmínkách naléhavé potřeby přesunout řadu klíčových průmyslových odvětví Ruské federace z převažujících technologických úrovní 3-4. technologických struktur okamžitě do 6. Technologická struktura, která obchází 5.

Historické analogie.

Nakreslíme-li historické analogie, lze nedávno započatý přechod od asynchronních k synchronním elektromotorům významově srovnat s nástupem zipu v první polovině 80. století nebo s přechodem od analogových k digitálním zařízením v XNUMX. letech minulého století. století.

Masové využití těchto přelomových technologií bylo možné pouze se změnou technologických struktur, přestože odpovídající vynálezy se objevily několik desetiletí před jejich úspěšnou implementací.

Zapínání na zip byl patentován v roce 1891, na začátku 3. technologické struktury („Věk oceli“). Po desetiletích pronásledování a mnoha neúspěšných pokusech o implementaci byla masová výroba „zipů“ a vytlačení šněrování z mnoha průmyslových odvětví možná právě na vrcholu 4. technologické struktury („Éra ropy“), počínaje rokem 1923, kdy dosažená úroveň průmyslové výroby umožnila vývoj nových výrobních technologií.

Třída synchronních bezpřevodových elektrických pohonů „Momentové motory„se začal na Západě rozvíjet poměrně nedávno, kolem roku 2012, což se přesně shoduje s počátkem přechodu na 6. Technologická struktura. Pouze jedna věc je neměnná: nové vynálezy a technologie, jako obvykle, jsou vystaveny tvrdému odporu těch hráčů na trhu, kteří již vybudovali své podnikání pomocí zastaralých nebo odcházejících technologií.

Asociace „analogově digitální“ u nás vznikla v procesu počítačového modelování elektrických strojů EM, AEM , IEM и sEM , kdy jsme porovnávali matematické modely popisující synchronní a asynchronní elektrické stroje. Ukázalo se, že na rozdíl od asynchronního motoru existuje přesný matematický model pro popis synchronního elektrického stroje. Pro popis „asynchronních systémů“ je přitom nutné používat pouze přibližné, aproximované modely. Odtud spojení s „analogovým“ a „digitálním“, dvěma zcela odlišnými přístupy, spotřebitelskými vlastnostmi a vyhlídkami aplikace.