Novinky

Odeslat stránku emailem

Zašlete tuto stránku svým přátelům, ať se na ní také podívají.

Jaký je rozdíl mezi AC, DC a EC motory?

Když do hry vstupují náklady na energetickou účinnost, stále více konstruktérů se rozhoduje pro elektronicky komutovaný motor spíše než pro známé verze střídavých (AC) a stejnosměrných (DC) motorů.

Pro motorové aplikace mají konstruktéři k dispozici několik možností. Obvykle si mohou konstruktéři vybrat mezi stejnosměrnými (DC) nebo střídavými (AC) motory.Konstrukce strojů pokrývala v minulosti rozdíl mezi základními typy motorů.

Nejnovější typy motorů, které se začínají stále více používat, jsou ty, které pomáhají regulovat výkon a které mají vyšší energetickou účinnost. Tyto elektronicky komutované (EC – electronically communicated) motory představují pokrok při nahrazování stejnosměrných a střídavých motorů zejména s ohledem na potřebu plnění nařízení o energetické účinnosti.

Základy DC a AC motorů

DC motory spoléhají na uhlíkové kartáče a komutační kroužek pro přepínání směru proudu a polarity magnetického pole v rotující kotvě. Tato interakce mezi vnitřním rotorem a pevnými permanentními magnety vyvolává otáčení motoru.

Podle společnosti Maxon Motor jsou DC motory omezeny systémem svých kartáčů a dosahují životnosti 1000 až 1500 provozních hodin, popř. méně než 100 provozních hodin při extrémních zatíženích. Některé motory mohou za příznivých provozních podmínek pracovat až 15 000 hodin. Vysoké otáčky jsou omezeny pouze komutací a obvykle dosahují přibližně 10 000 ot./min.

DC motory mají vysokou účinnost, ale trpí specifickými ztrátami. Ztrácejí účinnost v důsledku počátečního odporu ve vinutí, třením kartáčů a ztrát vířivými proudy.

Princip funkce stejnosměrného motoru

AC indukční motory používají řadu cívek napájenou a řízenou vstupním AC napětím. Pole statoru je generováno vstupním napětím a pole rotoru se indukuje polem statoru. Další typ AC motoru představuje synchronní motor, který je schopen pracovat s přesným napájecím kmitočtem. Magnetické pole je generováno proudem dodávaným prostřednictvím sběracích kroužků nebo permanentního magnetu. Dosahují vyšších otáček než indukční motory vzhledem ke skutečnosti, že jejich otáčky jsou snižovány skluzem asynchronního motoru.

Princip funkce 1 fázového AC motoru

AC motory jsou určeny k ovládání určitého bodu na výkonové křivce. Tato křivka odpovídá maximální účinnosti motoru. Mimo tohoto bodu účinnost motoru výrazně klesá. AC motory spotřebovávají dodatečnou energii na vytvoření magnetického pole indukováním proudu na rotoru. V důsledku toho jsou AC motory méně účinné než DC motory. Ve skutečnosti je DC motor o 30 % účinnější než AC motor v důsledku toho, že sekundární magnetické pole je generováno z permanentních magnetů namísto z vinutí z měděných vodičů.

Účinnost elektronicky komutovaných motorů

EC motory jsou bezkartáčové stejnosměrné motory řízené externí elektronikou – buď elektronickou deskou s plošnými spoji nebo frekvenčním měničem. Rotor obsahuje permanentní magnety a stator má sadu pevných vinutí. Mechanická komutace probíhá prostřednictvím elektronického obvodu. Obvodová deska spíná fáze v pevném vinutí, aby se motor otáčel. Napájí kotvu správnou velikostí proudu. Když je proud přiváděn správným směrem v přesném čase, tím vyšší přesnost je dosažena. Vzhledem k tomu, že otáčky motoru jsou řízeny externí elektronikou, nemají EC motory omezené synchronní otáčky.

EC motory mají několik výhod. Protože EC motory nemají kartáče, nedochází u nich k jiskření a jejich životnost není zkrácena v důsledku otírání kartáčů. Mezi další výhody patří skutečnost, že jsou energeticky úsporné, protože stator je řízen elektronicky; dosahují lepšího výkonu, jsou lépe regulovatelné a tolik se nezahřívají jako indukční motory. Pokud jde o velikost, mohou malé motory dosahovat stejného výkonu jako tradiční stejnosměrné nebo střídavé motory. Kromě toho menší motor šetří prostor a pokud výrobce použije externí rotor namísto motoru s hřídelem, je možná ještě větší úspora místa.

Při použití EC motorů je rozvod energie mnohem ekologičtější. Bezkartáčové DC motory jsou závislé na samostatném DC napájení. A napájení AC motoru obvykle znamená další náklady a větší složitost. EC motory mohou být prostřednictvím integrované elektroniky přímo připojeny k síťovému (AC) napájecímu zdroji. Nejsou zcela závislé na napětí nebo frekvenci; proto malé změny v napětí neovlivňují výkon motoru.

Při porovnání účinnosti EC motoru a AC motoru se stíněným pólem nebo AC motoru s permanentně připojeným rozběhovým kondenzátorem (PSC – Permanent-Split Capacitor) mají motory se stíněným pólem účinnost v rozmezí 15 až 25 % a EC motory mají účinnost 60 až 75 %. Ve zprávě z ministerstva energetiky z roku 2013 se uvádí, že EC motory představují nejefektivnější možnost modernizace stávajících motorových aplikací.

Ve zprávě je uvedeno, že „rozsah účinnosti PSC motorů je velmi široký, například 35-50 % v aplikacích s prouděním vzduchu, zejména při provozu na menší než plné zatížení. EC motory mohou mít uzší rozsah účinnosti při různých otáčkách, obvykle asi 70 % u motorů s malým výkonem – menším než 746 W a více než 80 % u motorů s vyšším výkonem (1 až 500 HP)."

Pokud jde o regulaci otáček, jsou EC motory standardně nabízeny s různými regulovatelnými otáčkami. AC motory jsou například k dispozici s více možnostmi regulace otáček při použití volitelného externího regulátoru otáček. Externí regulátor nastavuje vstupní napětí pro střídavé motory, čímž se mění jejich sinusoida, avšak zároveň se tak snižuje životnost motoru a zvyšuje jeho hlučnost.

Komutační obvody EC motorů přijímají na vstupu signály s pulsně šířkovou modulací 4 až 20 mA a napětím 0 až 10 V. Otáčky jsou tak regulovatelné v rozsahu 10 % až 100 %. Monitorování při použití EC motorů s integrovaným obvodem je jednoduché a konstruktér může snadno provádět zpětnou vazbu. Navíc mají EC motory plynulý rozběh, sníženou hlučnost a nižší provozní teplotu.

EC motory se obvykle používají pro aplikace, které nepotřebují tak vysoký výkon, jako jsou například malé ventilátory, servomotory a polohovací systémy. Nicméně s pokrokem v oblasti elektroniky a s novým použitím materiálů nacházejí EC motory stále větší uplatnění i ve větším rozsahu výkonu, tj. 12 kW a více. Uplatnění nacházejí také v malých spotřebičích a také v dopravníkových pásech a kondenzátorových jednotkách.