ما هي العيوب الرئيسية لاستخدام محرك التيار المتردد مقارنة بمحرك التيار المستمر في تطبيقي؟

الجواب المباشر: حيث تفشل محركات التيار المتردد في الوصول إلى محركات التيار المستمر

في معظم التطبيقات، أ محرك التيار المتردد يصعب التحكم فيه بدقة، وينتج عزم دوران أقل لكل وحدة حجم، ويتطلب إلكترونيات تحكم أكثر تكلفة من محرك DC مماثل. إذا كان تطبيقك يعتمد على تنظيم السرعة الدقيقة، أو عزم الدوران الفوري عند صفر دورة في الدقيقة، أو التحكم البسيط المعتمد على الجهد من مصدر البطارية، فعادةً ما يكون محرك التيار المستمر هو الخيار الأكثر عملية. لا تزال محركات التيار المتردد تتفوق على المتانة والصيانة طويلة المدى، لكن هذه الميزة تأتي على حساب بساطة التحكم، وهو العيب الأساسي الذي يواجهه المستخدمون مرارًا وتكرارًا.

تشرح بقية هذه المقالة السبب الدقيق وراء إنشاء محركات التيار المتردد لهذه التحديات، وذلك باستخدام أسباب تقنية محددة بدلاً من العموميات الغامضة، حتى تتمكن من تحديد ما إذا كانت المقايضات منطقية لإعدادك المحدد.

يعد التحكم في السرعة أكثر تعقيدًا بشكل أساسي

ترتبط سرعة محرك التيار المتردد مباشرة بتردد مصدر الإمداد وعدد أقطاب المحرك، وفقًا للصيغة N = 120f/P. هذا يعني أنه ما لم تقم بتغيير التردد، تظل سرعة المحرك ثابتة بالقرب من قيمتها المتزامنة، وتنخفض قليلاً فقط تحت الحمل بسبب الانزلاق. على النقيض من ذلك، يغير محرك التيار المستمر سرعته بشكل خطي تقريبًا مع الجهد المطبق، مما يجعل من السهل إبطاء السرعة أو تسريعها أو ضبطها باستخدام مقياس الجهد البسيط أو وحدة التحكم الأساسية.

محرك التيار المتردد

لماذا هذا مهم في الممارسة العملية

إذا كان تطبيقك يحتاج إلى التشغيل بأي شيء آخر غير السرعة الثابتة، فلن يتمكن محرك التيار المتردد من القيام بذلك بمفرده. أنت بحاجة إلى محرك تردد متغير (VFD) لضبط التردد إلكترونيًا، وهذا يضيف طبقة من التعقيد التي لا يتطلبها نظام التيار المستمر. حتى مع تركيب VFD، نادرًا ما تكون استجابة التحكم سلسة أو سريعة مثل ما يقدمه محرك DC محليًا.

• يتم قياس سرعة محرك التيار المتردد من خلال عدد الأقطاب وتردد الخط، ولا يمكن تعديلها بحرية
• تستجيب سرعة محرك التيار المستمر بشكل مباشر ويمكن التنبؤ به لتغيرات الجهد
• عادةً ما يضيف تحقيق سرعة متغيرة للتيار المتردد 15% إلى 30% من إجمالي تكلفة النظام بمجرد تضمين VFD

عزم دوران أضعف عند البدء وتحكم أقل في عزم الدوران

عادةً ما تنتج المحركات الحثية ذات التيار المتردد القياسية عزم دوران يبلغ فقط 150% إلى 250% من عزم الدوران المقدر ، وهذا عزم الدوران ليس متاحًا بالكامل حتى يبدأ الجزء المتحرك في تراكم الانزلاق مقابل المجال المغناطيسي الدوار. يمكن لمحرك التيار المستمر، وخاصة النوع المتسلسل، أن يوفر عزم دوران عاليًا جدًا مباشرة من حالة التوقف التام، ولهذا السبب تظل محركات التيار المستمر شائعة في تطبيقات مثل المصاعد والرافعات والمركبات الكهربائية حيث تكون قوة السحب الفورية مهمة.

التأثير العملي على الأحمال الثقيلة

إذا كان الحمل الخاص بك يحتوي على احتكاك ثابت عالي أو يحتاج إلى التحرك فورًا تحت الحمل الكامل، فقد يتوقف محرك التيار المتردد أو يسحب تيارًا زائدًا في محاولة للتغلب على تلك المقاومة الأولية. غالبًا ما يضطر المهندسون إلى زيادة حجم محرك التيار المتردد فقط لضمان عزم دوران كافٍ لبدء التشغيل، مما يزيد من البصمة المادية والطلب الكهربائي للنظام مقارنةً ببديل التيار المستمر ذي الحجم المناسب.

ارتفاع التكاليف من إلكترونيات التحكم المطلوبة

يعد محرك التيار المتردد الأساسي غير مكلف بمفرده، ولكن في اللحظة التي يحتاج فيها تطبيقك إلى تنظيم السرعة، أو التشغيل الناعم، أو تحديد الموقع بدقة، تظهر التكلفة الحقيقية في أجهزة التحكم. يمكن استخدام محركات VFD، والبادئات الناعمة، وأجهزة التشفير اللازمة لجعل محرك التيار المتردد يتصرف بشكل يمكن التنبؤ به ضعف أو ثلاثة أضعاف التكلفة الإجمالية للنظام نسبة إلى السعر الأساسي للمحرك. غالبًا ما لا تحتاج أنظمة محركات التيار المستمر، وخاصة الأصغر منها، إلى أكثر من وحدة تحكم PWM بسيطة لتحقيق وظائف مماثلة.

أين يذهب الإنفاق الإضافي؟

1. محركات التردد المتغير لضبط السرعة
2. التشفير أو المحللون للتعليقات على الموقف
3. المرشحات التوافقية لتنظيف الضوضاء الناتجة عن محرك الأقراص
4. مساحة حاوية إضافية وتبريد لإلكترونيات محرك الأقراص

لا تختفي أي من هذه التكاليف بمجرد التثبيت أيضًا - تتطلب محركات VFD ومحركات الأقراص الصيانة الخاصة بها، وتحديثات البرامج الثابتة، والاستبدال العرضي، مما يضيف نفقات متكررة تتجنبها حلقة التحكم الأبسط لمحرك التيار المستمر.

مشاكل جودة الطاقة: تيار التدفق، وعامل القدرة، والتوافقيات

ترسم محركات التيار المتردد، وخاصة الأنواع الحثية، تيارًا بداية يمكن أن يصل إلى ستة إلى ثمانية أضعاف تيار التشغيل المقدر لهم . يمكن أن يتسبب تيار التدفق هذا في انخفاض الجهد على خط الإمداد، أو قواطع الحماية، أو محولات الضغط إذا بدأت محركات متعددة في وقت واحد. تتمتع محركات التيار المستمر عمومًا بتيار بدء تشغيل أكثر قابلية للتحكم لأنه يمكن زيادة جهد القيادة تدريجيًا.

تدهور معامل القدرة

تستهلك المحركات الحثية ذات التيار المتردد أيضًا طاقة تفاعلية، مما يقلل من عامل الطاقة الإجمالي للنظام الكهربائي، خاصة عندما يعمل المحرك تحت الضوء أو الحمل الجزئي. يؤدي عامل الطاقة الضعيف إلى زيادة رسوم المرافق في العديد من البيئات التجارية وقد يتطلب بنوك مكثفة للتصحيح - وهي تكلفة أخرى تتجنبها أنظمة محركات التيار المستمر عادةً.

تحديات إضافية لمحركات التيار المتردد الصغيرة وتصميمات محركات التيار المتردد الصغيرة

تصبح عيوب محركات التيار المتردد أكثر وضوحًا على نطاق صغير. مرحلة واحدة محرك كهربائي صغير يعمل بالتيار المتردد لا يمكن أن يولد مجالًا مغناطيسيًا دوارًا من تلقاء نفسه كما يفعل محرك ثلاثي الطور، لذلك فهو يحتاج إلى مكونات مساعدة مثل مكثفات التشغيل، أو الأعمدة المظللة، أو اللفات ثنائية الطور فقط لبدء الدوران. تعمل هذه الإضافات على زيادة تعقيد التصنيع وتقليل الموثوقية مقارنة بمحرك DC ذو الحجم المماثل، والذي يبدأ بشكل موثوق من اتصال بسيط بسلكين.

A محرك تيار متردد صغير المستخدمة في الأجهزة المدمجة أو المعدات المحمولة تميل أيضًا إلى العمل بكفاءة أقل عند معدلات الطاقة المنخفضة، نظرًا لأن الخسائر الثابتة مثل فقدان القلب والاحتكاك تشكل حصة أكبر من إجمالي طاقة الإدخال عندما يكون المحرك نفسه صغيرًا. غالبًا ما يجد المصممون الذين يعملون باستخدام محرك تيار متردد صغير أن تحقيق سرعة سلسة وقابلة للتعديل في هيكل مدمج أصعب بكثير من استخدام محرك تيار مستمر مكافئ الحجم، وهو أحد الأسباب التي تجعل محركات التيار المستمر تهيمن على الأدوات المحمولة التي تعمل بالبطارية، والطائرات بدون طيار، والروبوتات الصغيرة.

التوافق مع مصادر الطاقة DC

محرك AC مقابل محرك DC: مقارنة جنبًا إلى جنب

عندما يكون محرك التيار المستمر أكثر منطقية لتطبيقك

استنادًا إلى العيوب الموضحة أعلاه، يكون محرك التيار المستمر هو الأفضل بشكل عام عندما يتضمن تطبيقك أيًا من الشروط التالية:

• أنت بحاجة إلى سرعة دقيقة ومتغيرة باستمرار دون إضافة VFD
• يتطلب الحمل عزم دوران قويًا فور بدء التشغيل
• مصدر الطاقة الخاص بك هو بطبيعته تيار مستمر، مثل البطاريات أو الألواح الشمسية
• تستبعد قيود الميزانية الأجهزة الإلكترونية باهظة الثمن
• التطبيق صغير الحجم، مثل استبدال محرك تيار متردد صغير في المعدات المحمولة حيث يمثل وزن العاكس مشكلة