Warum werden Gleichrichter-Wechselrichter zum Antreiben von Wechselstrommotoren verwendet, anstatt den gleichgerichteten Strom zum Antreiben von Gleichstrommotoren zu verwenden?

Ich verstehe die Vorteile der Verwendung eines Gleichrichter-Wechselrichter-Systems zum Antreiben eines Wechselstrommotors, anstatt ihn einfach an das Stromnetz anzuschließen, da es eine viel bessere Steuerung seiner Geschwindigkeit und Leistung ermöglicht. Was ich aber nicht verstehe, ist: Da die ursprüngliche Wechselstromleistung in Gleichstrom umgewandelt werden muss, um den Wechselrichterkreis zu speisen, warum wird dieser Gleichstrom nicht direkt an einen Gleichstrommotor gesendet, anstatt ihn zurück in Wechselstrom umzuwandeln und dann zu senden es an einen Wechselstrommotor?

Gleichstrommotoren haben effektiv eine Variable: Wie viel Leistung speisen Sie dem Motor? Wechselstrommotoren haben zwei Variablen: Leistung und Frequenz. Ich bin kein Experte für Motoren, aber ich würde erwarten, dass Wechselstrommotoren eine unabhängige Steuerung von Drehzahl und Drehmoment ermöglichen, während dies bei Gleichstrommotoren nicht der Fall ist. Die Richtungssteuerung ist ebenfalls ein Problem. Die Richtung eines Wechselstrommotors kann durch die Drehrichtung der zugeführten Leistung gesteuert werden. Die Richtung eines Gleichstrommotors ist nicht so einfach zu steuern.

Im Allgemeinen arbeiten alle Motoren, weil irgendwo ein rotierendes Magnetfeld vorhanden ist. Diese Drehung wird entweder im Motor erzeugt (Selbstkommutierung) oder weil sich die Stromzufuhr zum Motor selbst dreht (Fremdkommutierung). Gleichstrommotoren müssen selbstkommutierend sein; Gleichstrom dreht sich definitiv nicht.

Wie erreicht man eine Kommutierung im Motor? In der Regel sind entweder Bürsten oder ein Wechselrichter im Motor eingebaut . Bürsten nutzen sich ab, und ich vermute, dass sie andere Nachteile haben. Und wenn Sie einen Umrichter in den Motor einbauen möchten, können Sie ihn dann außerhalb des Motors platzieren und ihn besser steuern.

Weil Wechselstrommotoren im Allgemeinen viel effizienter als Gleichstrommotoren sind und keine elektrischen Kontakte zum Rotor erfordern, sind sie auch zuverlässiger.

Denken Sie daran, ein BLDC-Motor ist in Wirklichkeit ein Wechselstrommotor mit eingebauter Ansteuerschaltung. Bei höheren Leistungen ist es sinnvoll, die Steuer- und Ansteuerschaltung vom Motor selbst zu trennen.

Motoren mit Permanentmagnetrotoren (PM-Rotoren) weisen eine begrenzte Belastbarkeit auf. Bei höheren Leistungen werden Wechselstrom-Induktionsmotoren auch in Elektrofahrzeugen eingesetzt.

Bei vielen Arten von Wechselstrommotoren hängt die Drehzahl stark von der Frequenz des Antriebsstroms ab. In vielen Fällen ist die Drehzahl in Umdrehungen pro Sekunde entweder ein exakter Bruchteil der Antriebsfrequenz in Zyklen pro Sekunde (z. B. 1/3) oder ein exakter Bruchteil abzüglich eines bestimmten Betrags an "Schlupf", der vom Antrieb abhängt Stromspannung. Während es möglicherweise möglich ist, die Drehzahl einiger Wechselstrommotoren durch Variieren der Antriebsspannung zu steuern und damit unterschiedliche Schlupfwerte zuzulassen, ist es effizienter, die Antriebsfrequenz zu variieren und zu versuchen, den Schlupf zu minimieren.

Es ist auch zu beachten, dass fast alle Motoren, die in der Lage sind, eine nicht unbedeutende Menge an Arbeit zu verrichten, erfordern, dass die Polarität des Stroms in einigen der Spulen periodisch umgeschaltet wird. Dies gilt für Gleichstrommotoren ebenso wie für Wechselstrommotoren. Die meisten Gleichstrommotoren verwenden einen mechanischen Kommutator und Bürsten, um ein solches Schalten durchzuführen. Diese haben in der Regel eine begrenzte Lebensdauer, bevor sie gewartet oder ausgetauscht werden müssen. Einige verwenden Elektronik, um den tatsächlichen Motorstrom zu schalten, aber das macht sie im Wesentlichen zu einer "Wechselrichter-plus-Wechselstrommotor" -Kombination.

Es kann viele Gründe geben. Am offensichtlichsten ist, dass die Bürsten in PMDC-Motoren abgenutzt sind und je nach Umgebung nach 2000-5000 Stunden ausgetauscht werden müssen. Während Wechselstrommotoren (sowohl Induktionsmotoren als auch bürstenlose PMSM-Motoren oder BLDC-Motoren) eine Lebensdauer von 20.000 Stunden haben. Wenn also ein wartungsfreier Betrieb wichtig ist, möchten Sie möglicherweise einen Wechselstrommotor.

Zweitens, wenn Sie eine Drehzahl- oder Drehmomentregelung durchführen, haben Sie nicht nur Gleichstrom für einen Gleichstrommotor. Sie werden PWM DC haben. Und wenn Sie die Elektronik haben , das zu tun, ist es nicht , dass viel anders als PWM - AC zu gehen.

Drittens arbeiten viele moderne Induktionsmotor- und PMSM-Steuerungen mit einer Technik, die als feldorientierte Steuerung bezeichnet wird. Mit dieser Art der Steuerung können Sie sowohl den reibungslosen Betrieb Ihres Motors bei niedriger als auch bei hoher Drehzahl steuern und Ihr Drehmoment und Ihr Magnetisierungsfeld unabhängig voneinander steuern. Dies ist mit einer PMDC-Steuerung nicht möglich, da Ihre Bürsten / Kommutatoren das Feld mechanisch ausrichten. Wenn Ihnen das also wichtig ist, können Sie einen Wechselstrommotor einem Gleichstrommotor vorziehen.

Ein weiterer Vorteil von Wechselstrommotoren besteht darin, dass sie keine Bürsten und Kommutatoren verwenden, wie dies bei Gleichstrommotoren der Fall ist. Diese erzeugen viel funkendes und breitbandiges EM-Rauschen.

Es gibt Umgebungen, in denen solche Aktionen wirklich, wirklich unerwünscht sind :)

Wechselstrommotoren sind zuverlässiger als Gleichstrommotoren. Gleichstrommotoren erzeugen Ausgangsleistung aus dem im Anker fließenden Strom. Der Gleichstrommotor überträgt den Strom mit Kommutator und Bürsten auf den Anker. Die elektrische Induktivität des Ankers verursacht einen Lichtbogen, wenn jede Bürste die Verbindung von jedem aufeinanderfolgenden Kontaktstab des Ankers abbricht. Dadurch werden Anker und Bürsten grobkörnig. Die Rauheit trägt sowohl Anker als auch Bürsten. Wenn Wechselstrommotoren elektromagnetische Rotoren verwenden, wird der Strom mit Schleifringen und Bürsten an den Rotor angeschlossen. An den Bürsten der Schleifringe wird nicht geschaltet. Dies vermeidet die Lochfraßbildung von Gleichstrommotoren. Schleifringe und Bürsten halten ein Vielfaches länger als Bürsten und Kommutatoren von Gleichstrommotoren. Die meisten Wechselstrommotoren arbeiten ohne Bürsten und Schleifringe mit induktiver Kopplung, Hysterese, oder Permanentmagnete in den Rotoren. Die Lebensdauer von bürstenlosen Motoren kann nur durch die Lagerlebensdauer begrenzt sein.

Wechselstrommotoren können steuerbarer sein als Gleichstrommotoren. Gleichstrommotorsteuerungen können das Magnetfeld des Stators oder die an den Anker angelegte Spannung oder den Strom ändern. Wechselstrommotorsteuerungen können die Statorspannung, den Strom, die Frequenz oder die Phase oder den Rotorstrom ändern. Einige Wechselstrommotoren können die Anzahl der Magnetpole am Stator ändern. Dadurch können Wechselstrommotoren Elektrizität über einen größeren Bereich von Betriebsdrehzahlen effizient in Antriebsleistung umwandeln als Gleichstrommotoren gleicher Leistung.

Ein weiterer Aspekt, den ich nicht erwähne, ist, dass ein mit reinem Sinus gespeister Drehstrommotor über alle 360 ​​Grad ein gleichmäßiges Drehmoment erzeugt. Ein einfacher Gleichstrommotor erfährt Drehmomentschwankungen, wenn sich jeder Rotorpol an seinem Gegenstatorpol vorbei dreht. Dies kann beispielsweise bei der Präzisionsbearbeitung eine wichtige Rolle spielen.