RÓŻNICA MIĘDZY SILNIKIEM ZWYKŁYM A SILNIKIEM O ZMIENNEJ CZĘSTOTLIWOŚCI
Istnieją znaczne różnice między zwykłymi silnikami a silnikami o zmiennej częstotliwości w kilku aspektach, odzwierciedlone głównie w następujących kwestiach:
1. Różnica w cenie: jest to oczywiste dla wszystkich. Silniki o zmiennej częstotliwości są o około 50% droższe. Mają większą zdolność dostosowywania się do zmieniających się częstotliwości, podczas gdy zwykłe silniki mogą pracować tylko ze stałą częstotliwością. Poniżej 35 Hz lub powyżej 60 Hz zwykłe silniki mogą się przepalić. Silniki o zmiennej częstotliwości charakteryzują się większą zmiennością i radzą sobie z większymi obciążeniami, wymagają bardziej złożonych projektów i materiałów o wyższej-wydajności, co generalnie skutkuje wyższą ceną. Zwykłe silniki są stosunkowo tańsze.
2. Układy chłodzenia: Wentylator chłodzący zwykłego silnika jest podłączony do wału silnika, a napędzanie wentylatora opiera się na obrocie silnika. Dlatego przy niskich prędkościach niewystarczająca wydajność chłodzenia może prowadzić do przegrzania i wypalenia. W konwencjonalnym silniku wentylator i silnik są połączone współosiowo. Im szybciej obraca się silnik, tym szybciej obraca się wentylator; i odwrotnie, im wolniej obraca się silnik, tym wolniej obraca się wentylator. Dzieje się tak dlatego, że przy niskich częstotliwościach i niskich prędkościach wentylator nie jest w stanie zapewnić wystarczającego przepływu powietrza, co prowadzi do przegrzania silnika. W silniku o zmiennej częstotliwości wraz ze spadkiem prędkości przepływ powietrza chłodzącego zmniejsza się proporcjonalnie do sześcianu prędkości, co powoduje niewystarczające odprowadzanie ciepła i szybki wzrost temperatury, co utrudnia osiągnięcie stałego momentu obrotowego. Z kolei silniki o zmiennej częstotliwości są wyposażone w niezależne wentylatory chłodzące i napędzane przez niezależne silniki, zapewniając stały duży przepływ powietrza i skutecznie rozwiązując problem odprowadzania ciepła.
3. Różne klasy izolacji: Konwencjonalne silniki zazwyczaj wykorzystują izolację klasy B, która jest w stanie wytrzymać stosunkowo niskie temperatury i udary prądowe. Silniki o zmiennej częstotliwości muszą jednak pracować przy wyższych częstotliwościach i w szerszym zakresie prędkości. Najwyższa częstotliwość, jaką może osiągnąć silnik o zmiennej częstotliwości, wynosi około 100 Hz lub nawet więcej. Dlatego doświadczają znacznych skoków prądu, co wymaga izolacji klasy F lub materiałów o wyższej izolacji, aby wytrzymać uszkodzenia spowodowane-prądami i napięciami o wysokiej częstotliwości.
4. Przetwornice częstotliwości podczas pracy generują harmoniczne o różnych częstotliwościach. Napięcie i prąd powodują, że silnik pracuje w warunkach niesinusoidalnego napięcia i prądu. Te harmoniczne-wyższego rzędu zwiększają straty w stojanie, straty w wirniku, straty w żelazie i dodatkowe straty. Najbardziej znaczący wzrost dotyczy strat miedzi w wirniku. Straty te zwiększają wytwarzanie ciepła przez silnik, zmniejszają wydajność i zmniejszają moc wyjściową. Podczas gdy wzrost temperatury konwencjonalnego silnika jest na ogół wyższy, częstotliwość nośna przetwornicy częstotliwości, wynosząca od kilku tysięcy do kilkudziesięciu kiloherców, zmusza uzwojenia stojana silnika do wytrzymywania bardzo dużej szybkości wzrostu napięcia, co odpowiada przyłożeniu do silnika bardzo stromego napięcia udarowego. Przy użyciu zwykłych materiałów wzrost temperatury konwencjonalnego silnika jest zwykle zwiększany o 10–20%, a izolacja międzyzwojowa silnika-poddawana jest bardziej rygorystycznej próbie. Dlatego niezwykle istotne jest wzmocnienie izolacji silnika od-masy i izolacji międzyzwojowej, szczególnie biorąc pod uwagę odporność materiału izolacyjnego na przepięcia.
5. Różne obciążenia elektromagnetyczne, blachy ze stali krzemowej i materiały uzwojenia: Zwykłe silniki są podatne na nasycenie obwodu magnetycznego podczas pracy, co ogranicza ich wydajność podczas pracy ze zmienną częstotliwością. Silniki o zmiennej częstotliwości, zwiększając obciążenie elektromagnetyczne, wykorzystując więcej blach ze stali krzemowej oraz stosując wyższej-jakości, cieńsze blachy i uzwojenia ze stali krzemowej, zapobiegają nasyceniu obwodów magnetycznych, umożliwiając im zapewnienie wysokiego momentu obrotowego przy niskich prędkościach oraz poprawiając wydajność i wydajność silnika.
6. Harmoniczny hałas elektromagnetyczny różni się od wibracji: Kiedy zwykłe silniki są zasilane przez przetwornice częstotliwości, wibracje i hałas powodowane przez czynniki elektromagnetyczne, mechaniczne i wentylacyjne stają się bardziej złożone. Harmoniczne w zasilaniu przetwornicy częstotliwości kolidują z nieodłącznymi harmonicznymi elementów elektromagnetycznych silnika, powodując powstawanie różnych sił wzbudzenia elektromagnetycznego i zwiększenie hałasu. Ponieważ silniki mają szeroki zakres częstotliwości roboczej i duży zakres zmian prędkości, w przypadku częstotliwości różnych fal sił elektromagnetycznych trudno jest uniknąć nieodłącznych częstotliwości drgań elementów konstrukcyjnych silnika. Gdy częstotliwość zasilania jest niska, straty spowodowane wyższymi harmonicznymi w zasilaczu są większe.
7. Struktura mechaniczna:** Silniki o zmiennej częstotliwości (VFD) mają mocniejsze łożyska, co pozwala im dostosować się do szerszego zakresu zastosowań, podczas gdy zwykłe silniki mają stosunkowo słabsze łożyska. Silniki VFD mają wyższe wymagania w zakresie kontroli wibracji i hałasu. Należy w pełni wziąć pod uwagę sztywność elementów silnika i ogólną konstrukcję, a częstotliwość drgań własnych powinna być zmaksymalizowana, aby uniknąć rezonansu z różnymi falami magnetycznymi. W przypadku silników o mocy przekraczającej 160 kW w silnikach VFD należy zastosować środki izolujące łożyska. Dzieje się tak głównie dlatego, że asymetria obwodu magnetycznego generuje prąd na wale, który w połączeniu z prądem generowanym przez komponenty o wysokiej-częstotliwości znacznie zwiększa prąd na wale, co prowadzi do uszkodzenia łożyska. Dlatego zazwyczaj wymagane są środki izolacyjne. W przypadku silników VFD o stałej mocy i prędkościach przekraczających 3000 obr./min należy zastosować-specjalny smar odporny na wysokie temperatury, aby skompensować wzrost temperatury w łożyskach.
8. Wydajność regulacji prędkości: Zwykłe silniki mają stałą prędkość, a jej zmiana wymaga zewnętrznego sprzętu regulacyjnego. Prędkość zwykłych silników jest ustalana przez częstotliwość sieci. Z drugiej strony silniki VFD mogą osiągać płynne zmiany prędkości w szerszym zakresie prędkości, spełniając potrzeby różnych warunków pracy, a także posiadają funkcje miękkiego-rozruchu i szybkiego hamowania. Silniki VFD obsługują bezstopniową regulację prędkości od 0 do 100%. Wydajność regulacji prędkości: Zwykłe silniki mają stałą prędkość, co wymaga zewnętrznego sprzętu regulującego do zmiany prędkości. Prędkość zwykłych silników jest ustalana na podstawie częstotliwości sieci, podczas gdy silniki VFD mogą osiągać płynne zmiany prędkości w szerszym zakresie, spełniając potrzeby różnych warunków pracy, a także mają funkcje miękkiego-rozruchu i szybkiego hamowania. Silniki VFD obsługują bezstopniową regulację prędkości od 0 do 100%.
9. Stabilność operacyjna: Zwykłe silniki napędzane przez przetwornice częstotliwości podlegają poważnym zakłóceniom narastającym. Silniki z przetwornicą częstotliwości redukują różnice w poziomie hałasu i napięcia wyjściowego dzięki zoptymalizowanej konstrukcji akumulatora. Wykorzystują także specjalne łożyska i materiały-przeciwstarzeniowe, wydłużające ich żywotność o 50% w porównaniu do zwykłych silników.
10. Różne zastosowania: Zwykłe silniki nadają się do zastosowań wymagających dużej stabilności prędkości, niskiego prądu rozruchowego i łatwej konserwacji, takich jak wentylatory i pompy. Z drugiej strony silniki z przetwornicą częstotliwości są stosowane w zastosowaniach wymagających dużej kontroli prędkości, wysokiej wydajności operacyjnej i oszczędności energii, takich jak obrabiarki CNC, windy, maszyny tekstylne i sprężarki.
