Почему выпрямители-инверторы используются для управления двигателями переменного тока вместо использования выпрямленного тока для управления двигателями постоянного тока?

Я понимаю преимущества использования системы выпрямителя-инвертора для управления двигателем переменного тока вместо простого подключения его к электросети, поскольку это позволяет намного лучше контролировать его скорость и производительность; но что я не понимаю, так это: поскольку исходная мощность переменного тока должна быть преобразована в постоянный ток, чтобы питать цепь инвертора, почему этот постоянный ток не отправляется напрямую в двигатель постоянного тока, вместо преобразования его обратно в переменный ток и последующей отправки это к двигателю переменного тока?

Двигатели постоянного тока фактически имеют одну переменную: сколько энергии вы питаете от двигателя? Двигатели переменного тока имеют две переменные: мощность и частота. Я не эксперт в области двигателей, но я ожидаю, что двигатели переменного тока, таким образом, позволят независимое управление скоростью и крутящим моментом, а двигатели постоянного тока - нет. Направленный контроль также является проблемой. Направление двигателя переменного тока может контролироваться направлением вращения подаваемой на него мощности. Направление двигателя постоянного тока не так легко контролировать.

В более широком смысле, все двигатели работают, потому что где-то есть вращающееся магнитное поле. Это вращение генерируется либо внутри двигателя (самокоммутация), либо потому, что подача питания на двигатель сама вращается (внешняя коммутация). Двигатели постоянного тока должны быть коммутирующими; DC определенно не вращается.

Как вы добиваетесь коммутации внутри двигателя? Как правило, либо есть щетки , либо в двигатель встроен инвертор . Щетки изнашиваются, и я подозреваю, что есть и другие недостатки. И если вы собираетесь встроить инвертор в двигатель, почему бы не поставить его снаружи двигателя и получить лучший контроль над ним?

Поскольку двигатели переменного тока, как правило, намного более эффективны, чем двигатели постоянного тока, и, поскольку они не требуют электрических контактов с ротором, они также более надежны.

Помните, что двигатель BLDC - это действительно двигатель переменного тока со встроенной схемой привода. На более высоких уровнях мощности имеет смысл отделить схему управления и привода от самого двигателя.

Кроме того, двигатели с роторами с постоянными магнитами (PM) имеют ограниченную мощность. При более высоких уровнях мощности асинхронные двигатели переменного тока используются даже в электромобилях.

Для многих типов двигателей переменного тока скорость вращения будет сильно коррелировать с частотой тока возбуждения. Во многих случаях скорость вращения в оборотах в секунду будет либо точной долей частоты привода в циклах в секунду (например, 1/3), либо точной долей за вычетом некоторого скольжения, которое зависит от привода вольтаж. Хотя может быть возможным контролировать скорость некоторых двигателей переменного тока, изменяя напряжение привода и, таким образом, допуская различную величину проскальзывания, более эффективно изменять частоту привода и пытаться свести к минимуму проскальзывание.

Отметим также, что почти все двигатели, которые способны выполнять нетривиальную работу, требуют, чтобы полярность тока в некоторых катушках периодически переключалась. Это относится как к двигателям постоянного тока, так и к двигателям переменного тока. Большинство двигателей постоянного тока используют механический коммутатор и щетки для выполнения такого переключения; как правило, они имеют ограниченный срок полезного использования, прежде чем требуют обслуживания или замены. Некоторые используют электронику для переключения фактического тока двигателя, но это, по существу, превращает их в комбинацию «инвертор плюс двигатель переменного тока».

Там может быть много причин. Наиболее очевидным является то, что щетки в двигателях PMDC изнашиваются и требуют замены через 2000-5000 часов, в зависимости от окружающей среды. Принимая во внимание, что двигатели переменного тока (как асинхронные, так и бесщеточные двигатели PMSM или BLDC) могут работать до 20 000 часов. Поэтому, если эксплуатация без технического обслуживания важна, вам может потребоваться двигатель переменного тока.

Во- вторых, если вы делаете какой - либо скорости или крутящего момента управления вы не собираетесь просто иметь постоянного тока для двигателя постоянного тока. Вы собираетесь иметь ШИМ DC. И как только вы электронику , чтобы сделать это, это не что сильно отличается , чтобы перейти к PWM AC.

В-третьих, многие современные системы управления асинхронными двигателями и PMSM работают по методике, называемой полевым управлением. Этот тип управления позволяет вам плавно управлять двигателем на низкой и высокой скорости, а также дает вам независимый контроль над крутящим моментом и намагничивающим полем. Вы не можете сделать это с управлением PMDC, потому что ваши кисти / коммутатор механически выравнивают поле. Поэтому, если это важно для вас, вы можете выбрать переменный ток вместо двигателя постоянного тока.

Другое преимущество двигателей переменного тока состоит в том, что они не используют щетки и коммутаторы, как двигатели постоянного тока. Они генерируют много искровых и широкополосных электромагнитных помех.

Существуют среды, где такие действия действительно очень нежелательны :)

Двигатели переменного тока более надежны, чем двигатели постоянного тока. Двигатели постоянного тока вырабатывают выходную мощность из тока, протекающего в якоре. Двигатель постоянного тока передает ток на якорь с помощью коммутатора и щеток. Электрическая индуктивность якоря вызывает образование дуги, поскольку каждая щетка разрывает соединение с каждой последовательной контактной шиной якоря. Это натягивает арматуру и щетки, делая их грубыми. Шероховатость носит как арматура, так и щетки. Когда в двигателях переменного тока используются электромагнитные роторы, ток подключается к ротору с помощью контактных колец и щеток. Нет переключения на щетках на контактных кольцах. Это позволяет избежать образования ям в результате искрения, которому подвержены двигатели постоянного тока. Кольца скольжения и щетки служат во много раз дольше, чем щетки и коммутаторы двигателей постоянного тока. Большинство двигателей переменного тока работают без щеток и контактных колец с помощью индуктивной связи, гистерезиса, или постоянные магниты в роторах. Срок службы бесщеточных двигателей может быть ограничен только сроком службы подшипников.

Двигатели переменного тока могут быть более управляемыми, чем двигатели постоянного тока. Контроллеры двигателя постоянного тока могут изменять магнитное поле статора или напряжение или ток, приложенный к якорю. Контроллеры двигателя переменного тока могут изменять напряжение статора, ток, частоту или фазу или ток ротора. Некоторые двигатели переменного тока могут изменять количество магнитных полюсов на статоре. Это позволяет двигателям переменного тока эффективно преобразовывать электроэнергию в движущую мощность в более широком диапазоне рабочих скоростей, чем двигатели постоянного тока с эквивалентными уровнями мощности.

Другой аспект, о котором я не упомянул, заключается в том, что трехфазный двигатель переменного тока, питаемый от синусоидальной формы, создает равномерный крутящий момент на всех 360 градусах вращения. Простой двигатель постоянного тока будет испытывать изменение крутящего момента, когда каждый полюс ротора вращается за пределы полюса статора. Это может быть важным фактором, например, при точной обработке.