преимущество моторов постоянного тока перед моторами переменного тока
Для работы электрических насосов требуются электромоторы, позволяющие преобразовывать электрическую энергию в механическую для приведения циркуляционного насоса в движение. Наиболее распространены асинхронные двигатели переменного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC). Узнайте, в чем преимущество моторов BLDC перед моторами переменного тока.
На протяжении долгого времени пневматические насосы являлись самым популярным оборудованием для циркуляции краски. Они просты, надежны и подходят для безопасного использования в цехах подготовки краски с красками на основе растворителей.
Однако у них есть один важный недостаток: высокое энергопотребление. Поскольку их КПД составляет всего 10 %, круглосуточное использование пневматических моторов может значительно увеличить расходы на электроэнергию. Поскольку у пневматических насосов слишком низкий КПД, появилась потребность в переходе к использованию других видов оборудования, в частности поршневых насосов с электрическим приводом.
Типы электрических моторов
Для работы насосов с электроприводом требуются электромоторы, преобразующие электрическую энергию в механическую для приведения насоса в движение. В отрасли используются различные типы электродвигателей, но чаще всего для этого используются индукционные моторы переменного тока и бесщеточные моторы постоянного тока (BLDC).
Для промышленного применения, как правило, используются индукционные моторы переменного тока. Они просты в эксплуатации, рентабельны и, если вам не нужен контроль частоты вращения, не требуют каких-либо дополнительных элементов управления. Моторы BLDC, которые стали популярны после появления недорогой силовой электроники в конце 1970-х годов, требуют наличия контроллера.
Различия между асинхронными моторами переменного тока (AC) и бесщеточными моторами постоянного тока (BLDC)
Асинхронные моторы переменного тока (АС) и бесщеточные моторы постоянного тока (BLDC) конструктивно очень похожи: основное отличие заключается в конструкции ротора.
Асинхронный мотор переменного тока не имеет магнитов на роторе, вместо этого в нем используется несколько тонких пластин и обмоток. При подключении статора мотора к трехфазной сети возникает вращающееся магнитное поле. Под воздействием вращающегося магнитного поля индукционный ток проходит в ротор. Ток ротора создает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем статора, в результате чего возникает крутящий момент.
Мотор переменного тока с частотно-регулируемым преобразователем (ЧРП)
Большинство асинхронных двигателей переменного тока могут работать непосредственно от сети переменного тока без контроллера. Если требуется регулировка частоты вращения (как во многих вариантах применения насосов), это преимущество теряет актуальность. В таком случае требуется использование частотно-регулируемого привода (ЧРП).
ЧРП изменяет скорость вращения мотора за счет изменения частоты переменного тока, поступающего в мотор. Например, на моторе, имеющем номинальную скорость вращения 1800 об/мин при частоте 60 Гц, можно уменьшить скорость вращения до 900 об/мин, уменьшив частоту до 30 Гц.
Но даже при наличии ЧРП, частота вращения промышленных индукционных моторов находится в пределах 30–130 % от номинальной частоты вращения. Такие моторы не подходят для создания номинального крутящего момента на малых скоростях вращения или в случае остановки мотора.
Преимущества бесщеточного двигателя постоянного тока (BLDC)
Если индукционные моторы переменного тока более универсальны по сравнению с бесщеточными моторами постоянного тока (BLDC), почему для насосов используются моторы BLDC? Существует несколько преимуществ и функциональных особенностей, присущих только моторам BLDC:
- Высокая эффективность Использование моторов BLDC позволяет сократить энергопотребление и уменьшить выработку тепла.
- Точный контроль крутящего момента и частоты вращения мотора Насос может быстро реагировать на изменения в системе. Насос также может работать вхолостую, что позволяет мотору выдавать полный крутящий момент при нулевой скорости. Кроме того, этот мотор способен выдавать постоянный крутящий момент.
Это помогает контролировать работу мотора для обеспечения постоянного уровня давления, что позволяет реагировать на изменения в системе циркуляции так же, как в случае с пневматическим насосом. - Низкий момент инерции ротора Позволяет насосу значительно быстрее реагировать на изменение уровня давления в системе по сравнению с насосами с приводом от индукционного мотора переменного тока.
- Более компактный размер При любых одинаковых мощностях моторы BLDC обычно имеют меньшие габаритные размеры, чем моторы переменного тока, что позволяет использовать насосы меньшего размера.
Это помогает контролировать работу мотора для обеспечения постоянного уровня давления, что позволяет реагировать на изменения в системе циркуляции так же, как в случае с пневматическим насосом.
Высокая эффективность моторов BLDC наглядно представлена на графиках. На графике 1 представлены характеристики индукционных моторов переменного тока и моторов BLDC. На графике 2 показаны общие электрические и механические КПД разных моделей циркуляционных насосов.
Мощность
(зеленый) мотор BLDC (синий) 3-фазный двигатель переменного тока (желтый) 1-фазный мотор переменного тока
График 2: Эффективность расхода
Расход материала, галлонов в минуту
(синий) Электрический циркуляционный насос с мотором BLDC (желтый) Электрический насос с мотором переменного тока
Моторы переменного тока требуют сложной настройки
Для обоих типов моторов (переменного тока и постоянного тока) необходимо использовать метод преобразования вращательного движения мотора в линейно-поступательное движение поршня насоса.
Для этого в индукционных моторах переменного тока, обладающих постоянной скоростью работы и медленной динамической реакцией, используется специальный сложный механизм. К примеру, может использоваться кулачковый привод или хомут.
Ниже представлен пример насоса, работающего от индукционного мотора переменного тока. Обратите внимание, что мотор переменного блока, редуктор и кулачковый привод являются отдельными блоками, трансформирующими вращательное движение в линейно-поступательное движение. Система кулачкового привода состоит из нескольких частей и в два–три раза больше фактического мотора. В них также имеются точки износа и подшипники, подверженные износу и поломкам и требующие затрат на техническое обслуживание или замену.
Преимущества простоты конструкции
Помимо меньшей инерции и оптимального управления крутящим моментом, присущая бесщеточному мотору постоянного тока (BLDC) быстрая реакция позволяет значительно упростить механическое соединение.
По сравнению с габаритной конструкцией насоса с приводом от индукционного мотора переменного тока, в циркуляционном насосе краски может использоваться небольшой двигатель BLDC, двухступенчатый редуктор и простой реечный привод, используемый для преобразования вращательного движения в линейно-поступательное.
Для выполнения возвратно-поступательного движения необходимо просто изменить направление вращения мотора BLDC. Благодаря низкому моменту инерции и лучшему контролю крутящего момента, моторы BLDC позволяют выполнить это быстро и эффективно.
Вы знаете разницу между кабелем постоянного и переменного тока — кабель ZMS
Разница между кабелями постоянного тока и кабелями переменного тока . Кабели постоянного тока используются в выпрямленных системах передачи постоянного тока, а кабели переменного тока обычно используются в энергосистемах промышленной частоты (бытовая частота 50 Гц).
I. Кабель постоянного тока имеет следующие характеристики по сравнению с кабелем переменного тока
1. Используемые системы отличаются. Кабель постоянного тока используется в выпрямленной системе передачи постоянного тока, кабель переменного тока обычно используется в энергосистеме промышленной частоты (бытовая 50 Гц).
2. По сравнению с кабелями переменного тока, кабели постоянного тока имеют меньшие потери мощности в процессе передачи. Потери мощности в кабеле постоянного тока в основном связаны с потерями сопротивления постоянного тока проводника, часть потери изоляции меньше (размер зависит от величины колебаний тока после выпрямления). В то время как сопротивление переменного тока низковольтных кабелей переменного тока немного больше, чем сопротивление постоянному току. Высоковольтные кабели очень очевидны, в основном из-за эффекта близости и скин-эффекта. Потеря сопротивления изоляции составляет большую часть импеданса, создаваемого в основном емкостью и индуктивностью.
3. Высокая эффективность передачи и низкие потери в линии.
4. Удобно регулировать силу тока и менять направление передачи мощности.
5. Хотя цена преобразователя выше, чем цена трансформатора, стоимость использования кабельной линии намного ниже, чем кабель переменного тока. Кабель постоянного тока для положительных и отрицательных полюсов, простой конструкции.
Кабель переменного тока для трехфазной четырехпроводной или пятипроводной системы , требования к безопасности изоляции высоки, структура более сложная, а стоимость кабеля более чем в три раза превышает стоимость кабеля постоянного тока.
6. Кабели постоянного тока безопасны в использовании.
6.1 Присущие характеристики передачи постоянного тока, трудно генерировать индукционные токи и токи утечки, такая же укладка других кабелей не вызовет помех электрического поля.
6.2 Одножильный кабель не повлияет на характеристики передачи кабеля из-за гистерезисных потерь стальной конструкции моста.
6.3 С той же структурой, что и у кабеля постоянного тока, более высокая пропускная способность и защита от перерезания.
6.4 одинаковое напряжение постоянного электрического поля переменного тока, приложенного к изоляции, электрическое поле постоянного тока намного безопаснее, чем электрическое поле переменного тока.
7. Кабели постоянного тока просты в установке и обслуживании, и они дешевле
Ⅱ.
То же напряжение переменного и постоянного тока и ток при одинаковых требованиях к изоляции кабеляТо же напряжение электрического поля переменного и постоянного тока, применяемого к изоляции, электрическое поле кабеля постоянного тока намного меньше, чем электрическое поле переменного тока. Из-за большой разницы в структуре двух электрических полей максимальное электрическое поле, когда кабель переменного тока находится под напряжением, сосредоточено вблизи проводника. При этом максимальное электрическое поле при нахождении кабелей постоянного тока в основном сосредоточено в поверхностном слое изоляции, что делает ее более надежной (в 2,4 раза).
Ⅲ. Отношения взаимного преобразования между переменным и постоянным напряжением
Во взаимном преобразовании переменного и постоянного напряжения есть много разных понятий. Единый расчет в соответствии с GB12528.1, то есть тот же кабель переменного тока, номинальное напряжение кабеля постоянного тока в 1,5 раза превышает фазное напряжение кабеля переменного тока.
Разница между двигателями переменного и постоянного тока
При выборе двигателя для вашего приложения вы столкнетесь с двумя разными типами: двигатели переменного и постоянного тока. Они имеют разные характеристики производительности, эффективности, надежности и стоимости, и выбор между ними требует четкого понимания требований и приоритетов вашего приложения.
Что означает переменный и постоянный ток?Основное различие между двигателями переменного и постоянного тока заключается в том, что двигатели переменного тока работают на переменном токе (AC), а двигатели постоянного тока работают на постоянном токе (DC). Переменный ток периодически меняет направление (чередуя положительное и отрицательное). Таким образом электроэнергия распределяется по электросети в дома и на предприятия.
Постоянный ток С другой стороны, ток течет только в одном направлении, и это тип энергии, доступный от батарей. В зависимости от используемого метода возможно преобразование переменного тока в постоянный с различной эффективностью.
Но что это на самом деле означает для выбора двигателя для вашего приложения? Что ж, тип мощности, используемой двигателем, влияет на его конструкцию, что, в свою очередь, по-разному влияет на то, насколько хорошо он будет соответствовать вашим требованиям.
Конструкция двигателяОсновными компонентами электродвигателя являются статор и ротор, которые взаимодействуют через электромагнитное поле, создавая вращение и крутящий момент. Статор неподвижен (закреплен на корпусе двигателя), а ротор — это вращающаяся часть двигателя (включая вал).
В двигателе переменного тока на статор подается переменный ток. Хотя статор не движется, этот ток создает магнитное поле, которое вращается в соответствии с частотой переменного тока (насколько быстро он меняется между положительным и отрицательным). Благодаря электромагнитному процессу, известному как «индукция», в роторе создается магнитное поле, а взаимодействие этих магнитных полей создает вращение и крутящий момент.
В типичном щеточном двигателе постоянного тока вместо этого постоянный ток подается на вращающийся якорь через устройство, известное как коммутатор, в котором для проведения электричества используется угольная щетка. Магнитное поле статора является стационарным и может создаваться постоянными магнитами или электромагнитами. При вращении ротора коммутатор периодически меняет полярность электромагнитного поля. Якорь притягивается и отталкивается от различных элементов статора, заставляя его непрерывно вращаться.
Также доступны бесщеточные двигатели постоянного тока, в которых постоянные магниты перемещаются к ротору. Вместо этого статор оснащен электромагнитами, которые меняют полярность, создавая непрерывное вращение ротора. Это означает, что коллектор и щетки, которые вносят большой вклад в проблемы надежности, связанные с щеточными двигателями постоянного тока, не нужны.
Производительность Одним из основных различий между двигателями переменного и постоянного тока является регулирование скорости.
Двигатель переменного тока работает на частоте сети переменного тока и сопротивляется изменениям скорости даже при изменении нагрузки. Чтобы изменить скорость двигателя, необходимо использовать частотно-регулируемый привод (VFD), который преобразует переменный ток в постоянный и обратно с другой частотой. Однако, помимо увеличения стоимости двигателя, частотно-регулируемым приводам присуща неэффективность, которая может создать проблемы, такие как токи вала и подшипников, которые могут сократить срок службы двигателя, если не управлять им должным образом. Кроме того, двигатели переменного тока имеют тенденцию терять крутящий момент на более высоких скоростях.
Это означает, что двигатели переменного тока идеально подходят для ситуаций, когда скорость двигателя от низкой до средней и остается постоянной при изменении нагрузки на двигатель. Вот почему двигатели переменного тока повсеместно используются в тяжелых промышленных условиях с постоянной скоростью.
Двигатели постоянного тока, с другой стороны, могут легко регулировать скорость путем изменения напряжения питания.
Они обеспечивают постоянный крутящий момент во всем диапазоне скоростей, но чувствительны к изменениям нагрузки. Это делает их идеальными для ситуаций, когда необходимо точное регулирование скорости, а нагрузка существенно не меняется, например, во многих бытовых приборах или робототехнике.
Двигатели переменного тока обычно менее эффективны, чем двигатели постоянного тока по двум основным причинам. Во-первых, они используют электромагниты в статоре, который потребляет электричество, тогда как в двигателях постоянного тока вместо них часто используются постоянные магниты. Во-вторых, двигатели переменного тока испытывают явление, известное как скольжение, которое представляет собой разницу между скоростью вращения ротора и скоростью вращающегося магнитного поля в статоре. Хотя скольжение необходимо для создания крутящего момента, оно напрямую связано с «потерями в меди», которые представляют собой связанные с нагревом потери мощности, возникающие при прохождении электрического тока через обмотки возбуждения двигателя.
Двигатели постоянного тока также испытывают некоторые потери тепла в обмотках возбуждения. В щеточных версиях возникают потери тепла из-за сопротивления в контакте между коллектором и щетками и механические потери из-за этой установки.
СтоимостьДвигатели постоянного тока обычно стоят значительно дороже, чем двигатели переменного тока, из-за более высоких производственных затрат. Кроме того, поскольку асинхронные двигатели переменного тока широко используются, экономия за счет масштаба способствует их относительно более низкой цене. Это означает, что двигатели переменного тока используются в большинстве крупномасштабных промышленных приложений, тогда как двигатели постоянного тока используются в небольших приложениях, требующих точного управления скоростью, таких как робототехника.
Коллекторные двигатели постоянного тока имеют значительно более высокие затраты на обслуживание и ремонт из-за износа коллектора и щеток. Бесщеточные двигатели постоянного тока не имеют этой проблемы; однако они дороже обычных двигателей постоянного тока из-за более сложной конструкции.