AC Сервопривід vs Стандартний AC двигун: Основні відмінності

AC Сервопривід vs Стандартний AC двигун: Основні відмінності

Змінні струми є дуже популярними в багатьох електричних системах. Більше ніж просто знати, які компоненти найкраще пасують вам, важливо знати різницю між змінними двигунами з редуктором і стандартними двигунами змінного струму. Справді, обидва пристрої перетворюють електричну енергію на механічну, але їх конструкція та функціональність істотно відрізняються одна від одної. У цій статті ми обговоримо найважливіші відмінності в системах, незалежно від того, використовуються вони в системах опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, у промислових машинах чи в електропобутових приладах.

Основне визначення та базова конструкція

Стандартні двигуни змінного струму (AC) оснащені двома основними частинами, якими є ротор і статор. Ротор – це частина, яка може обертатися, тоді як змінний струм проходить через обмотки статора двигуна. Конструкція двигуна є простою і зосереджена на генерації обертального руху від вхідного електричного струму. Двигун не включає додаткових частин для зменшення швидкості та підвищення крутного моменту. Двигун працює автономно. Асинхронний двигун з редуктором є гібридом асинхронного двигуна та редуктора, який закріплений на вихідному валу. Редуктор складається з набору прямих, черв'ячних і планетарних шестерень, що допомагає двигуну регулювати швидкість і крутний момент на виході. Це забезпечує комплексне рішення для застосування змінних швидкостей і крутних моментів.

Характеристики швидкості та крутного моменту

Особливо відзначається те, що двигун змінного струму проектується з фіксованими швидкостями, наприклад, одно- або багатошвидкісний, та змінною частотою, тим часом як двигун змінного струму із редуктором жертвує швидкістю задля збільшення крутного моменту, використовуючи редуктор. Візьмемо, наприклад, двигун змінного струму, встановлений у побутовому вентиляторі, він працює на відносно високій швидкості — 1800 об/хв, а двигун змінного струму 1800 об/хв, з'єднаний з редуктором з передавальним відношенням 10:1, працює на 180 об/хв з вихідним крутним моментом, збільшеним у 10 разів порівняно з оригінальним. Отже, двигуни із редуктором створені для застосувань, що потребують низької швидкості та високого крутного моменту, тоді як двигун змінного струму може досягати відносно низької швидкості обертання — 180 об/хв. Редукторні двигуни набагато ефективніші у поєднанні з двигунами змінного струму для повільних обертів із низькою швидкістю. Саме тому стандартні двигуни, які не можуть досягати низьких швидкостей і високого крутного моменту, замінюють стандартними редукторними двигунами.

Сценарії застосування

Однією з ключових відмінностей між змінними двигунами з приводом і двигуном змінного струму є те, що перший дозволяє встановлювати постійну або змінну швидкість, наприклад, одинарну або множинну. Змінні двигуни з приводом обмінюють швидкість на крутний момент за допомогою коробки передач, але двигун змінного струму… Візьміть двигун змінного струму 1800 об/хв, з'єднаний з 10:1 редуктором. Двигун з удесятеро більшим початковим крутним моментом і вихідною потужністю удесятеро більшою, ніж початковий крутний момент. Прикладом двигуна змінного струму може бути побутовий вентилятор. Він працює з частотою 1800 об/хв, але двигуни змінного струму, орієнтовані на високий зворотний зв’язок, забезпечують низькі швидкості та високий крутний момент при 180 об/хв. Вони ефективніші у поєднанні з двигунами змінного струму для обертання на низьких швидкостях, для яких двигуни з приводом забезпечують високий крутний момент. Стандартні двигуни з приводом, хоча й ефективніші, не здатні досягти високого стандарту крутного моменту.

Розмір, вага та встановлення

Однією з ключових відмінностей між змінними двигунами з приводом і двигуном змінного струму є те, що перший дозволяє встановлювати постійну або змінну швидкість, наприклад, одинарну або множинну. Змінні двигуни з приводом обмінюють швидкість на крутний момент за допомогою коробки передач, але двигун змінного струму… Візьміть двигун змінного струму 1800 об/хв, з'єднаний з 10:1 редуктором. Двигун з удесятеро більшим початковим крутним моментом і вихідною потужністю удесятеро більшою, ніж початковий крутний момент. Прикладом двигуна змінного струму може бути побутовий вентилятор. Він працює з частотою 1800 об/хв, але двигуни змінного струму, орієнтовані на високий зворотний зв’язок, забезпечують низькі швидкості та високий крутний момент при 180 об/хв. Вони ефективніші у поєднанні з двигунами змінного струму для обертання на низьких швидкостях, для яких двигуни з приводом забезпечують високий крутний момент. Стандартні двигуни з приводом, хоча й ефективніші, не здатні досягти високого стандарту крутного моменту.

Ефективність та споживання енергії

Різниця між змінно-струмовими мотор-редукторами та змінно-струмовими двигунами полягає в їхньому коефіцієнті корисної дії, переважно через наявність редукторів у змінно-струмових мотор-редукторах. Механічна ефективність змінно-струмового двигуна вища (70–90%), оскільки основні втрати — це електричний опір у котушках і тертя в підшипниках. Очікується, що змінно-струмові мотор-редуктори будуть менш ефективними (60–85%), тому що додаткова енергія втрачається через тертя в шестернях, а також через опір мастила і механічний люфт. Ні, мотор-редуктори все ще енергоефективні для роботи, для якої вони призначені. Найчастіше мотор-редуктор витрачає менше енергії, ніж стандартний двигун такого самого розміру, який має виробляти однаковий крутний момент. Наприклад, порівняно з великим стандартним двигуном, який забезпечує однаковий крутний момент без редуктора, змінно-струмовий мотор-редуктор забезпечує однаковий крутний момент із меншим вхідним електроживленням.

Вимоги до технічного обслуговування

Різні види конструкцій призводять до різних потреб у технічному обслуговуванні. Стандартний асинхронний двигун потребує мінімального обслуговування. Завдання обслуговування обмежені змащуванням підшипників, які використовують олію, очищенням котушок від пилу та перевіркою електричних з'єднань. Імовірність виходу з ладу менша, а інтервали обслуговування довші. Асинхронні електродвигуни з редуктором потребують більш регулярного технічного обслуговування через наявність редуктора. До таких завдань належать регулярна заміна мастила в редукторі, перевірка зубів шестерень на зношення та регулювання бокового зазору. Рухомі частини редуктора збільшують імовірність виходу з ладу. Наприклад, зношена шестерня може збільшити рівень шуму та вібрації двигуна, що може призвести до збільшення крутного моменту, для усунення якого потрібна заміна вушної вкладки.

Розглядання вартості

Різниця в цінах стає очевидною при придбанні та тривалому володінні. Стандартні асинхронні двигуни коштують від кількох доларів до сотень, залежно від розміру та потужності, тоді як більш прості моделі доступніші завдяки простим конструкціям і компонентам. Стандартні асинхронні двигуни є дешевшими через свої базові конструкції. Ціна асинхронних двигунів з редуктором залишається вищою — через інтегрований редуктор і більшу складність, вони у два-три рази дорожчі, ніж порівнянні стандартні двигуни. Однак слід зазначити, що необхідно також аналізувати загальну вартість володіння. У застосуваннях з високим обертовим моментом стандартний двигун потребує редуктора, що додає витрат на придбання, час встановлення та сумісність. Двигуни з редуктором вирішують ці додаткові витрати, роблячи їх дешевшими для застосувань з високим обертовим моментом на довгий термін. Також економія витрат на енергію завдяки двигунам з редуктором окупає інвестиції у більш дорогі двигуни з редуктором протягом тривалого терміну експлуатації.

Керування та точність

Деякі застосунки, що вимагають контролю швидкості або положення, потребують суттєвого керування та точності. Наприклад, керована точність настільки погана, що одношвидкісні двигуни змінного струму класифікують як «обмежена точність». Завдяки перетворювачам частоти двигуни змінного струму рекомендують як «двигуни змінної швидкості», що є значним перебільшенням, адже ці двигуни ніколи не здатні контролювати точність крутного моменту для керування положенням. Інакше називають двигунами змінного струму з редуктором, ці двигуни мають перевагу керування та точності, тому що зменшувальні редуктори забезпечують керування швидкістю та підсилення крутного моменту для системи двигуна змінного струму. Фіксоване передавальне відношення редуктора забезпечує передбачувану швидкість для відкривання та закривання дросельних заслінок на певні кути або для узгодження повільної швидкості стрічкового конвеєра. Для застосунків з високою точністю деякі двигуни з редуктором оснащено черв'ячними або планетарними шестернями, які забезпечують вищу якість зменшення та менший люфт порівняно з зовнішніми зменшувачами, що приводять стандартні двигуни.