موتورهای تحریک (همچنین به عنوان "موتورهای تحریک الکتریکی" شناخته می شوند) و موتورهای آهنربای دائم دو نوع هسته ای در زمینه موتورهای الکتریکی هستند که بر اساس روش های تولید میدان مغناطیسی طبقه بندی می شوند. تفاوت های قابل توجهی بین این دو از نظر منابع میدان مغناطیسی، طراحی سازه، ویژگی های عملکرد و سناریوهای قابل اجرا وجود دارد. موارد زیر یک تحلیل مقایسه ای مفصل از سه بعد ارائه می دهد: ویژگی های اصلی، تفاوت های کلیدی، و سناریوهای قابل اجرا، برای کمک به روشن شدن تفاوت های اساسی و منطق کاربردی بین این دو.
1.ویژگی هسته: خصوصیات اساسی دو نوع موتور را به طور جداگانه تجزیه و تحلیل کنید
(1) موتور تحریک (موتور تحریک الکتریکی): "منبع تغذیه خارجی میدان مغناطیسی ایجاد می کند"
میدان مغناطیسی یک موتور تحریک به جای تکیه بر آهنرباهای دائمی، با انرژی دادن به سیم پیچ تحریک (کویل) ایجاد می شود. ویژگی های اصلی آن حول "میدان مغناطیسی قابل تنظیم" می چرخد:
منبع میدان مغناطیسی
"سیستم تحریک" اضافی (شامل سیم پیچ تحریک، منبع تغذیه تحریک، تنظیم کننده) برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی به عنوان میدان مغناطیسی اصلی موتور با عبور جریان DC به سیم پیچ تحریک روتور/استاتور مورد نیاز است.
01
پیچیدگی ساختاری
سمت روتور معمولاً شامل یک سیم پیچ تحریک است که به انتقال منبع تغذیه خارجی و جریان سیم پیچ دوار از طریق حلقه های لغزنده و برس های کربنی (یا ساختارهای تحریک بدون جاروبک) نیاز دارد (ساختارهای بدون جاروبک می توانند سایش را کاهش دهند، اما طراحی پیچیده تر است). برای تنظیم جریان تحریک به یک کنترل کننده تحریک نیاز است.
02
انعطاف پذیری عملکرد
قدرت میدان مغناطیسی را می توان با تغییر جریان تحریک دقیقاً تنظیم کرد و در نتیجه سرعت، گشتاور و ولتاژ خروجی موتور را به طور انعطاف پذیر کنترل کرد (مانند ژنراتور می تواند ولتاژ خروجی را به طور پایدار صادر کند و موتور می تواند به تنظیم سرعت در محدوده وسیع دست یابد). تحریک را می توان به صورت دینامیکی با توجه به نیازهای بار تنظیم کرد تا بازده تحت شرایط مختلف عملیاتی (مانند کاهش جریان تحریک و به حداقل رساندن تلفات تحت بارهای سبک) بهینه شود.
03
از دست دادن و نگهداری
"اتلاف تحریک" وجود دارد (اتلاف مس ناشی از انرژی دادن به سیم پیچ تحریک) و بازده کلی کمی کمتر از موتورهای آهنربای دائمی با همان قدرت است. اگر از ساختار برس کربنی حلقه لغزنده استفاده شود، برس کربن مستعد سایش است و نیاز به تعویض و نگهداری منظم دارد و ممکن است جرقه ایجاد کند (برای سناریوهای ضد انفجار مناسب نیست-).
04
ویژگی های هزینه
بدون نیاز به مواد آهنربای دائمی، اجتناب از خطر نوسانات قیمت بالای آهنرباهای دائمی خاکی کمیاب، و مزیت هزینه مواد-مدلهای با قدرت بالا (مانند سطح مگاوات) آشکارتر است. با این حال، به دلیل سیستم تحریک و ساختار پیچیده، هزینه کلی مدل های قدرت کوچک و متوسط ممکن است بیشتر از موتورهای آهنربای دائم باشد.
05
(2) موتور آهنربای دائم: "آهنربای دائمی میدان مغناطیسی خود را دارند"
میدان مغناطیسی اصلی موتور آهنربای دائم توسط آهنرباهای دائمی مانند آهن نئودیمیم بور، ساماریم کبالت و فریت بدون نیاز به جریان تحریک خارجی تامین می شود. ویژگی های اصلی آن حول محور "ساده سازی و کارایی ساختاری" می چرخد:
①منبع میدان مغناطیسی:بسته به مغناطیس ذاتی آهنرباهای دائمی (آهنربای دائمی یک میدان مغناطیسی را برای مدت طولانی پس از مغناطش بدون نیاز به منبع تغذیه اضافی حفظ می کند)، قدرت میدان مغناطیسی اصلی توسط خواص مواد آهنرباهای دائمی تعیین می شود.
②سادگی ساختار:هیچ سیم پیچ تحریکی، حلقه لغزنده و برس کربنی در سمت روتور وجود ندارد (جریان اصلی "موتور سنکرون آهنربای دائم" است و روتور فقط حاوی آهنرباهای دائمی است)، ساختار را فشرده تر، اندازه کوچکتر و وزن سبک تر می کند. هیچ سیستم تحریکی مورد نیاز نیست و سیستم کنترل نسبتاً ساده است (فقط جریان آرمیچر بدون تنظیم تحریک باید کنترل شود).
③ ثبات عملکرد:بدون تلفات تحریک، راندمان عملیاتی بالا (به ویژه برای مدل های با قدرت کوچک و متوسط، راندمان 5٪ -15٪ بیشتر از موتورهای تحریک با مشخصات مشابه است). قدرت میدان مغناطیسی توسط ویژگی های ذاتی آهنربای دائمی تعیین می شود و نمی توان آن را به صورت دینامیکی تنظیم کرد (خروجی باید به طور غیرمستقیم از طریق کنترل بردار جریان آرمیچر تنظیم شود و محدوده سرعت توسط استراتژی کنترل محدود می شود). خطر مغناطیس زدایی دائمی آهنربا وجود دارد: دمای بالا، ارتعاش قوی و جریان بیش از حد آرمیچر ممکن است باعث پوسیدگی مغناطیسی یا مغناطیس زدایی دائمی آهنربای دائمی شود که بر طول عمر موتور تأثیر می گذارد.
④پوشیدن و نگهداری:بدون مشکل سایش برس کربن، چرخه نگهداری طولانی (فقط نیاز به بازرسی معمولی دارد، نیازی به تعویض مکرر قطعات آسیب پذیر نیست). تلفات مس غیر برانگیخته، تلفات آهن و تلفات مکانیکی منابع اصلی تلفات هستند و مزیت کارایی در شرایط بار سبک با سرعت کم بیشتر است.
⑤ویژگی های هزینه:با تکیه بر مواد مغناطیسی دائمی خاکی کمیاب (مانند آهن نئودیمیم بور)، هزینه مواد نسبت بالایی را به خود اختصاص می دهد (حدود 30٪ -50٪)، و نوسان قیمت زمین های کمیاب مستقیماً بر هزینه موتورها تأثیر می گذارد. سادهسازی ساختار هزینههای ساخت و مونتاژ را کاهش میدهد و هزینه کلی مدلهای قدرت کوچک و متوسط (مانند سطح کیلووات) ممکن است کمتر از موتورهای تحریک باشد.
2. مقایسه تفاوت های کلیدی: تمایز واضح در قالب جدول
| مقایسه ابعاد | موتور تحریک (تحریک الکتریکی) | موتور آهنربای دائم (آهنربای دائم سنکرون/ناهمزمان) |
| روش تولید میدان مغناطیسی | سیم پیچ تحریک برق دار (نیاز به منبع تغذیه تحریک خارجی دارد) | مغناطیس ذاتی آهنرباهای دائمی (بعد از مغناطیس به منبع تغذیه نیاز نیست) |
| ساختار هسته | از جمله سیم پیچ تحریک، حلقه لغزش / برس کربن (یا تحریک بدون جاروبک)، کنترل کننده تحریک | حاوی آهنربای دائمی (روتور)، بدون سیم پیچی تحریک و حلقه لغزنده/برس کربن |
| قابلیت تنظیم میدان مغناطیسی | قابل تنظیم دقیق از طریق جریان تحریک (انعطاف پذیر) | غیر قابل تنظیم (بسته به ویژگی های آهنربای دائمی، نیاز به تنظیم غیر مستقیم از طریق کنترل برداری) |
| سطح کارایی | کمتر (با تلفات تحریک)، راندمان بهتر در شرایط کارکرد با توان{0} بالا | بالا (بدون تلفات تحریک)، مزایای قابل توجه در راندمان بار کوچک و متوسط قدرت/سبک |
| الزامات تعمیر و نگهداری | بالا (برس کربن باید به طور منظم تعویض شود، سیستم تحریک نیاز به تعمیر و نگهداری دارد) | کم (بدون قطعات آسیب پذیر، فقط نیاز به تعمیر و نگهداری معمول دارند) |
| ساختار هزینه | هزینه مواد کم (بدون آهنرباهای دائمی)، هزینه ساختار/کنترل بالا | هزینه مواد بالا (آهنربای دائمی خاکی کمیاب)، هزینه ساختار/کنترل کم |
| سازگاری با محیط | ساختار حلقه لغزنده مستعد جرقه است (برای سناریوهای ضد انفجار-/غبارآلود مناسب نیست) | بدون خطر جرقه (قابل استفاده برای محیطهای ضد انفجار-و تمیز) |
| خطر مغناطیس زدایی | خیر (میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان، پس از قطع برق ناپدید می شود) | بله (دمای بالا، لرزش قوی، جریان بیش از حد ممکن است باعث مغناطیس زدایی آهنرباهای دائمی شود) |
3. سناریوی کاربردی: مطابقت با انتخاب بهینه بر اساس تقاضا
(1) موتور تحریک: مناسب برای تقاضای "قدرت بالا، تنظیم قوی، نوسانات کم هزینه"
①سیستم های تولید برق در مقیاس بزرگ، مانند ژنراتورهای حرارتی/هیدرالکتریک (سطح مگاوات) و توربین های بادی (مدل های ناهمزمان با تغذیه مضاعف)، به ولتاژ خروجی پایدار نیاز دارند و می توانند با تغییرات بار شبکه از طریق تنظیم تحریک سازگار شوند.
②محرکه صنعتی سنگین: مانند سنگ شکن های معدن، کارخانه های بزرگ فولاد، و موتورهای محرکه کشتی (قدرت بالا، گشتاور بالا، نیاز به تنظیم سرعت در محدوده وسیع، و نسبت بالای هزینه های خاکی کمیاب غیراقتصادی است)
③ سناریوهای ولتاژ پایین و جریان بالا: مانند موتورهای DC در صنعت آلومینیوم الکترولیتی که می توانند گشتاور را از طریق تنظیم تحریک به طور دقیق کنترل کنند و از خطر مغناطیسی زدایی آهنرباهای دائمی تحت جریان های بالا جلوگیری کنند.
④سناریوهایی که به هزینه حساس هستند و هیچ محدودیتی برای نگهداری ندارند، مانند فنهای صنعتی سنتی و پمپهای آب (که نیازی به کارایی شدید ندارند و میتوانند تعمیر و نگهداری منظم برس کربن را بپذیرند).
(2) موتور آهنربای دائم: مناسب برای نیازهای "بازده بالا، نگهداری کم و فضای فشرده"
① درایو وسیله نقلیه با انرژی جدید: مانند موتورهای محرک برای وسایل نقلیه الکتریکی خالص و وسایل نقلیه هیبریدی (نیاز به چگالی توان بالا، راندمان بالا، فضا/وزن محدود و بدون نیاز به تعمیر و نگهداری).
②سیستمهای سروو صنعتی: مانند اتصالات ربات، دوکهای ماشین ابزار دقیق (که نیازمند تنظیم سرعت بالا، لرزش کم، و پاسخدهی بالا و تلفات کم موتورهای آهنربای دائم هستند، مناسبتر هستند).
③لوازم خانگی/تجاری: مانند کمپرسورهای تهویه مطبوع، موتورهای ماشین لباسشویی، موتورهای پهپاد (قدرت کوچک تا متوسط، راندمان بالا، می تواند مصرف انرژی را کاهش دهد، و کاربران تحمل نگهداری صفر دارند).
④کاربردهای محیطی ویژه: مانند تجهیزات پزشکی (موتورهای تجهیزات MRI)، موتورهای کارگاهی ضد انفجار{0} (بدون جرقه، نگهداری کم، مناسب برای محیطهای تمیز/خطرناک).
⑤تولید انرژی کم از منابع انرژی تجدیدپذیر، مانند اینورترهای فتوولتائیک کوچک و ژنراتورهای قابل حمل (بازده بالا می تواند استفاده از انرژی را بهبود بخشد، ساختار فشرده آسان است).
4.خلاصه
(1) انتخاب یک موتور تحریک:هنگامی که تقاضا برای «قدرت بالا، تنظیم میدان مغناطیسی قوی، و اجتناب از خطرات هزینههای مربوط به زمینهای کمیاب» باشد، و سطح نگهداری معینی قابل قبول باشد (مانند میدانهای صنعتی و تولید برق در مقیاس بزرگ)، موتور تحریک یک انتخاب عملیتر است.
(2) انتخاب موتورهای آهنربای دائم:هنگامی که تقاضا "بازده بالا، تعمیر و نگهداری کم، اندازه کوچک/سبک" و تحمل نوسانات هزینه بالا باشد (مانند در زمینه های انرژی جدید، تولید دقیق و تجهیزات خانگی)، موتورهای آهنربای دائم مزایای بیشتری دارند.
جهت تکرار تکنولوژی برای هر دو نیز واضح است: موتورهای تحریک به سمت "بدون جاروبک" (کاهش تعمیر و نگهداری) و "کنترل تحریک کارآمد" در حال توسعه هستند، در حالی که موتورهای آهنربای دائم به سمت "مواد آهنربای دائم خاکی کمیاب" (کاهش هزینه ها) و "مقاومت در دمای بالا و مغناطیس زدایی" (بهبود قابلیت اطمینان) در حال گسترش هستند.
