Silnik Prądu Przemiennego Z Przełożeniem vs Standardowy Silnik Prądu Przemiennego: Kluczowe Różnice

Silnik Prądu Przemiennego Z Przełożeniem vs Standardowy Silnik Prądu Przemiennego: Kluczowe Różnice

Silniki prądu przemiennego są bardzo popularne w wielu systemach elektrycznych. Wiedza na temat odpowiednich komponentów dopasowanych do własnych potrzeb to jedno, ale zrozumienie różnicy między silnikami krokowymi prądu przemiennego a standardowymi silnikami prądu przemiennego ma ogromne znaczenie. Rzeczywiście, oba urządzenia przekształcają energię elektryczną w energię mechaniczną, jednak ich konstrukcja oraz funkcjonalności i zastosowanie różnią się znacznie od siebie. W tym artykule omówimy najważniejsze różnice między tymi systemami, niezależnie od tego, czy są wykorzystywane w systemach HVAC, maszynach przemysłowych, czy też w domowych urządzeniach elektronicznych.

Podstawowa definicja i konstrukcja

Standardowe silniki prądu przemiennego (AC) są wyposażone w dwie główne części, w tym wirnik i stojan. Wirnik to część, która może się obracać, podczas gdy prąd przemienny płynie przez uzwojenia stojana silnika. Konstrukcja silnika jest prosta i skupia się na wytwarzaniu ruchu obrotowego z dopływającego prądu elektrycznego. Silnik nie posiada dodatkowych elementów redukujących prędkość i zwiększających moment obrotowy. Silnik działa niezależnie. Silnik z przekładnią prądu przemiennego to hybryda silnika AC i przekładni zamontowanej na wale wyjściowym. Przekładnia składa się z zestawu kół zębatych prostych, ślimakowych i planetarnych, które pomagają silnikowi w regulacji prędkości i momentu obrotowego na wyjściu. Zapewnia to kompletne rozwiązanie do zastosowań wymagających różnych prędkości i momentów obrotowych.

Charakterystyka prędkości i momentu obrotowego

Warto zaznaczyć, że silnik prądu przemiennego (AC) jest zaprojektowany z ustalonymi prędkościami, np. jedno- lub wieloprędkościowy oraz z napędem o zmiennej częstotliwości, podczas gdy silnik krokowy prądu przemiennego (AC) zamienia prędkość na moment obrotowy dzięki zastosowaniu skrzyni biegów. Weźmy na przykład silnik AC zamontowany w wentylatorze domowym – pracuje on stosunkowo szybko z prędkością 1800 RPM, natomiast silnik AC o tej samej prędkości 1800 RPM połączony ze skrzynią biegów 10:1 osiąga 180 RPM na wyjściu z momentem obrotowym dziesięciokrotnie większym od pierwotnego. Dlatego silniki z przekładnią są zaprojektowane do zastosowań wymagających niskiej prędkości i wysokiego momentu obrotowego, czego nie osiągnie standardowy silnik AC bez zastosowania przekładni, który osiąga stosunkowo wysokie wyniki – 180 RPM. Silniki z przekładnią są znacznie bardziej efektywne w połączeniu z silnikami AC, gdy potrzebne są powolne obroty o niskiej prędkości. Standardowe silniki nie są w stanie osiągnąć niskich prędkości i wysokiego momentu obrotowego – do tego służą właśnie standardowe silniki z przekładnią.

Scenariusze zastosowań

Jedną z kluczowych różnic między silnikami krokowymi prądu przemiennego a silnikami AC jest możliwość ustawienia stałej lub zmiennej prędkości np. pojedynczej lub wielokrotnej. Silniki krokwowe prądu przemiennego zamieniają prędkość na moment obrotowy za pomocą skrzyni biegów, natomiast silnik prądu przemiennego… Weźmy silnik prądu przemiennego o prędkości 1800 RPM połączony ze skrzynią biegów 10:1. Silnik z 10-krotnie większym momentem obrotowym i wyjściem 10-krotnie większym niż pierwotny moment. Przykładem silnika prądu przemiennego jest wentylator domowy. Działa on z prędkością 1800 RPM, ale silniki prądu przemiennego skierowane do zastosowań o wysokiej wydajności spełniają funkcję niskich prędkości i dużego momentu obrotowego przy 180 RPM. Są bardziej efektywne w połączeniu z silnikami prądu przemiennego do obrotów o niskiej prędkości, do których silniki krokwowe służą jako źródło dużego momentu obrotowego. Standardowe silniki krokwowe, choć bardziej efektywne, nie są w stanie osiągnąć wysokiego momentu obrotowego.

Wielkość, Waga i Instalacja

Jedną z kluczowych różnic między silnikami krokowymi prądu przemiennego a silnikami AC jest możliwość ustawienia stałej lub zmiennej prędkości np. pojedynczej lub wielokrotnej. Silniki krokwowe prądu przemiennego zamieniają prędkość na moment obrotowy za pomocą skrzyni biegów, natomiast silnik prądu przemiennego… Weźmy silnik prądu przemiennego o prędkości 1800 RPM połączony ze skrzynią biegów 10:1. Silnik z 10-krotnie większym momentem obrotowym i wyjściem 10-krotnie większym niż pierwotny moment. Przykładem silnika prądu przemiennego jest wentylator domowy. Działa on z prędkością 1800 RPM, ale silniki prądu przemiennego skierowane do zastosowań o wysokiej wydajności spełniają funkcję niskich prędkości i dużego momentu obrotowego przy 180 RPM. Są bardziej efektywne w połączeniu z silnikami prądu przemiennego do obrotów o niskiej prędkości, do których silniki krokwowe służą jako źródło dużego momentu obrotowego. Standardowe silniki krokwowe, choć bardziej efektywne, nie są w stanie osiągnąć wysokiego momentu obrotowego.

Wydajność i zużycie energii

Różnica między silnikami z przekładnią prądu przemiennego (AC Gear Motors) a silnikami AC polega głównie na ich sprawności, co wynika z zastosowania przekładni w silnikach z przekładnią. Sprawność mechaniczna silnika prądu przemiennego jest wyższa (70-90%), ponieważ główne straty wynikają z oporu elektrycznego w cewkach oraz tarcia w łożyskach. Silniki z przekładnią AC są mniej sprawne (60-85%) z powodu dodatkowych strat energii spowodowanych tarciem w zębach przekładni, oporem smarowania oraz luzem mechanicznym. Nie, mimo to silniki z przekładnią są energooszczędne w zakresie swojego zastosowania. Często silnik z przekładnią zużywa mniej energii niż standardowy silnik o tej samej wielkości, który ma generować ten sam moment obrotowy. Na przykład, w porównaniu do dużego standardowego silnika dostarczającego ten sam moment obrotowy bez przekładni, silnik z przekładnią AC zapewnia ten sam moment obrotowy przy niższym zużyciu energii.

Wymogi w zakresie utrzymania

Różne rodzaje konstrukcji prowadzą do różnych potrzeb konserwacyjnych. Standardowy silnik prądu przemiennego wymaga minimalnej konserwacji. Zadania konserwacyjne ograniczają się do smarowania łożysk olejowych, odkurzania cewek oraz sprawdzania połączeń elektrycznych. Występuje mniej usterek konserwacyjnych i dłuższe okresy między przeglądami. Silniki prądu przemiennego z przekładnią wymagają częstszych i bardziej intensywnych przeglądów z powodu obecności przekładni. Obejmuje to regularną wymianę oleju przekładniowego oraz kontrolę zużycia zębów kół zębatych i regulację luzu. Ruchome części przekładni zwiększają prawdopodobieństwo wystąpienia awarii. Na przykład, zużyte koło zębate może zwiększyć poziom hałasu i wibracji silnika, co może prowadzić do wzrostu momentu obrotowego i konieczności wymiany usz.

Rozważania dotyczące kosztów

Różnice cen stają się oczywiste przy porównaniu ceny zakupu i długoterminowym użytkowaniu. Standardowe silniki prądu przemiennego kosztują od kilku dolarów do kilkuset, w zależności od rozmiaru i mocy, przy czym podstawowe wersje są tańsze dzięki prostszym konstrukcjom i komponentom. Standardowe silniki prądu przemiennego są tańsze ze względu na swoje podstawowe konstrukcje. Cena silników krokowych prądu przemiennego z przekładnią pozostaje wyższa - zintegrowana przekładnia i większy poziom skomplikowania czynią je dwa do trzech razy droższymi niż porównywalne standardowe silniki. Należy jednak zaznaczyć, że należy przeanalizować całkowity koszt posiadania. W zastosowaniach wymagających wysokiego momentu obrotowego standardowy silnik wymaga przekładni, co zwiększa koszty zakupu, czas montażu oraz powoduje problemy z kompatybilnością. Silniki z przekładnią eliminują te dodatkowe koszty, co w dłuższej perspektywie czyni je tańsze w zastosowaniach o wysokim momencie obrotowym. Oszczędności w kosztach energii dzięki silnikom z przekładnią również z czasem rekompensują wyższą cenę tych silników.

Kontrola i precyzja

Niektóre zastosowania wymagające kontroli prędkości lub pozycji wymagają znacznej kontroli i precyzji. Na przykład, kontrola precyzyjna jest tak słaba, że jednobiegowe silniki prądu przemiennego zaliczane są do kategorii „ograniczonej precyzji”. W przypadku falowników (VFD), silniki prądu przemiennego są określane jako „silniki o zmiennej prędkości”, co jest dużym wyolbrzymieniem, ponieważ nigdy nie są w stanie kontrolować precyzyjnego momentu obrotowego do sterowania pozycją. Inaczej nazywane silnikami z przekładnią, mają one przewagę pod względem kontroli i precyzji, ponieważ przekładnie zębate zapewniają kontrolę prędkości i wzmacnianie momentu obrotowego w systemie silnika prądu przemiennego. Stałe przełożenie przekładni zapewnia przewidywalną prędkość otwierania i zamykania przepustnic do określonych kątów, a także koordynację powolnego ruchu taśmy przenośnika. W zastosowaniach wymagających dużej precyzji niektóre silniki z przekładnią są wyposażone w przekładnie ślimakowe lub planetarne, które zapewniają lepsze redukcje i mniejszy luz w porównaniu do zewnętrznych reduktorów napędzających standardowe silniki.