AC-vaihtovirtamoottori vs. standardi AC-vaihtovirtamoottori: keskeiset erot

AC-vaihtovirtamoottori vs. standardi AC-vaihtovirtamoottori: keskeiset erot

AC-moottorit ovat erittäin suosittuja monissa sähköjärjestelmissä. On tärkeää tietää, mikä komponentti sopii itsestänne parhaiten, mutta erityisen tärkeää on ymmärtää erojen olemassaolo AC-vaihtuvan pyörimisnopeuden moottorien ja standardien AC-moottorien välillä. On totta, että molemmat laitteet muuttavat sähköenergiaa mekaaniseksi energiaksi, mutta niiden rakenne ja toiminnallisuus eroavat selvästi toisistaan. Tässä artikkelissa käsittelemme tärkeimpiä eroja järjestelmissä, olivatpa ne käytössä HVAC-järjestelmissä, teollisuuskoneissa tai kotitaloussähkölaitteissa.

Perusmääritelmä ja ydinsuunnittelu

Vakiomuuttuvavirtamoottorit (AC) ovat varustetut kahdella pääosalla, jotka sisältävät roottorin ja staattorin. Roottori on osa, joka pystyy pyörimään, kun taas muuttuvavirta kulkee moottorin staattorikäämien läpi. Moottorin rakenne on yksinkertainen ja se keskittyy synnyttämään pyörimisliikettä saapuvalle sähkövirralle. Moottori ei sisällä ylimääräisiä nopeuden alentavia ja vääntöä parantavia osia. Moottori toimii itsenäisesti. Vaihtovirta-hyrrämoottori on hybridiyhdistelmä AC-moottorista ja vaihdelaatikosta, joka on kiinnitetty lähtöakseliin. Vaihdelaatikossa on suorahammashyrrät, mato- ja planeettapyörästö, jotka auttavat moottoria nopeuden ja väännön tuottamisessa lähdössä. Tämä tarjoaa kattavan ratkaisun sovelluksiin, joissa tarvitaan eri nopeuksia ja vääntöjä.

Nopeus- ja vääntöominaisuudet

On erityisen huomionarvoinen se, että AC-moottori on suunniteltu kiinteillä nopeuksilla, esimerkiksi yksinopeuksinen tai monenopeuksinen & muuttuvataajuusohjain, kun taas AC-vaihteenmoottori vaihtaa nopeutta varten vääntömomenttia käyttämällä vaihdelaatikkoa. Otetaan esimerkiksi AC-moottori, joka on asennettu kotitalous tuulensuihkussa, se pyörii suhteellisen korkealla 1800 RPM:llä & AC-moottori 1800 RPM moottori, joka on yhdistetty 10:1 vaihteistolla, toimii 180:lla ja tulostaa 10 kertaa alkuperäisen vääntömomentin. Näin ollen vaihdemoottorit on suunniteltu matalan nopeuden korkean vääntömomentin sovelluksiin, joihin AC-moottori voi pyrkiä suhteellisen hyvällä tuloksella 180 RPM. Vaihdemoottorit ovat paljon tehokkaampia, kun ne yhdistetään AC-moottoreihin, hitaisiin pyörimisnopeuksiin, jotka ovat matalalla nopeudella. Tässä standardimoottorit eivät kykenemätä saavuttaa matalia nopeuksia, korkea vääntömomentti on standardivaihdemoottoreita.

Sovellusskenaariot

Yksi tärkeä ero AC-vaihtovirtamoottorien ja AC-moottorien välillä on se, että edellä mainitulla voidaan asettaa joko vakionopeus tai muuttuva nopeus, esimerkiksi yksittäinen tai useampi. AC-vaihtovirtamoottorit vaihtavat nopeuden vääntömomenttiin käyttäen vaihdelaatikkoa, mutta AC-moottori… Otetaan esimerkiksi 1800 RPM:n AC-moottori, johon on yhdistetty 10:1 vaihteisto. Moottori, jonka vääntömomentti on kymmenkertainen alkuperäiseen verrattuna ja tuloksena on kymmenkertainen alkuperäiseen vääntömomenttiin nähden. Kotituuletin on esimerkki AC-moottorista. Se pyörii 1800 RPM:ssa, mutta AC-moottoreita, jotka on suunniteltu korkean hyötysuhteen sovelluksiin, käytetään matalan nopeuden ja korkean vääntömomentin saavuttamiseen 180 RPM:ssa. Ne ovat tehokkaampia yhdistettynä AC-moottoreihin matalan nopeuden pyörittämiseen, joiden vaihtomoottorit tarjoavat korkean vääntömomentin. Standardivaihtomoottorit, vaikka tehokkaampia, eivät pysty saavuttamaan korkeaa vääntömomenttia.

Koko, paino ja asennus

Yksi tärkeä ero AC-vaihtovirtamoottorien ja AC-moottorien välillä on se, että edellä mainitulla voidaan asettaa joko vakionopeus tai muuttuva nopeus, esimerkiksi yksittäinen tai useampi. AC-vaihtovirtamoottorit vaihtavat nopeuden vääntömomenttiin käyttäen vaihdelaatikkoa, mutta AC-moottori… Otetaan esimerkiksi 1800 RPM:n AC-moottori, johon on yhdistetty 10:1 vaihteisto. Moottori, jonka vääntömomentti on kymmenkertainen alkuperäiseen verrattuna ja tuloksena on kymmenkertainen alkuperäiseen vääntömomenttiin nähden. Kotituuletin on esimerkki AC-moottorista. Se pyörii 1800 RPM:ssa, mutta AC-moottoreita, jotka on suunniteltu korkean hyötysuhteen sovelluksiin, käytetään matalan nopeuden ja korkean vääntömomentin saavuttamiseen 180 RPM:ssa. Ne ovat tehokkaampia yhdistettynä AC-moottoreihin matalan nopeuden pyörittämiseen, joiden vaihtomoottorit tarjoavat korkean vääntömomentin. Standardivaihtomoottorit, vaikka tehokkaampia, eivät pysty saavuttamaan korkeaa vääntömomenttia.

Tehokkuus ja energiankulutus

AC-vaihtuvan pyörimisnopeuden (AC Gear Motors) ja AC-moottorien ero on niiden hyötysuhteessa, pääasiassa vaihtuvan pyörimisnopeuden (AC Gear Motors) vaihdelaatikoiden vuoksi. Mekaaninen hyötysuhde AC-moottorissa on korkeampi (70–90 %), koska suurimmat häviöt johtuvat sähköisestä vastuksesta käämien kautta ja laakerien kitkasta. Vaihtuvan pyörimisnopeuden moottoreiden (AC gear motors) odotetaan olevan vähemmän tehokkaita (60–85 %), koska lisäenergiaa kuluu vaihteiston kitkaan, sekä voiteluvastukseen ja mekaaniseen takaiskuun. Ei, vaihtuvan pyörimisnopeuden moottoreiden (gear motors) energiatehokkuus riippuu siitä, mihin niitä käytetään. Usein vaihtuvan pyörimisnopeuden moottori (gear motor) vaatii vähemmän energiaa kuin samankokoinen standardimoottori, joka tuottaa saman vääntömomentin. Esimerkiksi suurempaan standardimoottoriin verrattuna, joka tuottaa saman vääntömomentin ilman vaihdetta, AC-vaihtuvan pyörimisnopeuden moottori (AC gear motor) tuottaa saman vääntömomentin pienemmällä tehonsyötöllä.

Huoltovaatimukset

Erilaisten suunnitteluratkaisujen seurauksena on erilaiset huoltotarpeet. Standardimoottori vaatii vähäistä huoltoa. Huoltotoimenpiteet rajoittuvat öljyä sisältävien laakerien rasituksen, kääntöjen pölyn poiston sekä sähköliitosten tarkastukseen. Huoltoväli on pidempi ja vikaantumisriski pienempi. Vaihdemoottorit vaativat tiukempaa huoltoa vaihdemuutoksen vuoksi. Näitä ovat vaihdemuutoksen öljyn vaihto säännöllisesti sekä hammaspyörävälityksen kulumisen tarkastus ja takaiskuajan säätö. Vaihdemuutoksen liikkuvat osat lisäävät vikaantumisen mahdollisuutta. Esimerkiksi kulunut hammaspyörä voi lisätä moottorin melun ja tärinän määrää, mikä voi johtaa momentin kasvuun ja korvien vaihtoon.

Kustannusnäkökohdat

Kustannuserot tulevat selkeästi esiin hankintahinnassa ja pitkäaikaisessa omistuksessa. Standardi AC-moottorit maksavat muutamasta dollarista satoihin dollaroihin riippuen koosta ja tehosta, kun taas yksinkertaisemmat ovat edullisempia niiden yksinkertaisen suunnittelun ja komponenttien vuoksi. Standardi AC-moottorit ovat edullisempia niiden perussuunnittelun vuoksi. AC-vaihtuvan pyörimisnopeuden moottorien hinta pysyy edelleen kaksinkertaisena tai kolminkertaisena verrattuna verrattomaan standardimoottoriin integroidun vaihdelaatikon ja monimutkaisuuden vuoksi. On syytä mainita, että myös kokonaisomistuskustannukset tulee analysoida. Suuritehoisissa sovelluksissa standardimoottorille tarvitaan vaihdelaatikko, joka lisää hankinta-, asennusaikaan ja yhteensopivuusongelmiin. Vaihtuvan pyörimisnopeuden moottorit ratkaisevat nämä lisäkustannukset ja tekevät niistä kalliimpia voimakkaissa sovelluksissa pidemmällä aikavälillä. Säästöt energiakustannuksissa vaihtuvan pyörimisnopeuden moottoreiden ansiosta maksavat takaisin kalliimpien vaihtuvan pyörimisnopeuden moottoreiden investoinnit pitkäaikaisesti.

Ohjaus ja tarkkuus

Joidenkin sovellusten, joiden vaatimassa nopeuden tai asennon hallinnassa tarvitaan huomattavaa hallintaa ja tarkkuutta, on oltava erittäin tarkkoja. Esimerkiksi ohjattu tarkkuus on niin heikkoa, että yksinopeusmoottorit luokitellaan "rajoitettu tarkkuus" -moottoreiksi. Taajuusmuuttajien avulla AC-moottorit luokitellaan "muuttuvanopeusmoottoreiksi", mikä on suuri yliarvio, koska näillä moottoreilla ei koskaan voida hallita tarkkuusvääntöä asennon hallintaan. Toisin nimitetyt AC-vaihteen moottorit ovat hallinnan ja tarkkuuden edelläkävijöitä, koska vaihdelaatikot tarjoavat nopeuden hallinnan ja väännön voimakkaan lisäämisen AC-moottoriin. Vaihdelaatikon kiinteä välityssuhde mahdollistaa ennustettavan nopeuden ilmanläpivirtauspellien avaamiseen ja sulkemiseen tietyillä kulmilla tai hidasnopeuden koordinoinnin kuljetinhihnoille. Erittäin tarkkojen sovellusten yhteydessä joissain vaihteen moottoreissa on mato- tai planeettavaihteet, jotka tarjoavat huipputason välityksen ja vähemmän hukkapeliväliä verrattuna ulkoisiin vähennyslaitteisiin, jotka ohjaavat standardeja moottoreita.