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

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

Im weiteren Sinne funktionieren alle Motoren, weil irgendwo ein rotierendes Magnetfeld vorhanden ist. Diese Rotation wird entweder innerhalb des Motors erzeugt (selbstkommutierend) oder weil die Stromzufuhr zum Motor selbst rotiert (extern kommutiert). Gleichstrommotoren müssen selbstkommutierend sein; DC dreht sich definitiv nicht.

Wie erreicht man die Kommutierung im Motor? Normalerweise sind entweder Bürsten oder ein Wechselrichter in den Motor eingebaut . Bürsten nutzen sich ab, und ich vermute, sie haben andere Nachteile. Und wenn Sie einen Wechselrichter in den Motor einbauen, warum platzieren Sie ihn dann nicht außerhalb des Motors, um ihn besser steuern zu können?

Denn Wechselstrommotoren sind im Allgemeinen viel effizienter als Gleichstrommotoren und da sie keine elektrischen Kontakte zum Rotor benötigen, sind sie auch zuverlässiger.

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

Außerdem haben Motoren mit Permanentmagnet (PM)-Rotoren eine begrenzte Belastbarkeit. Bei höheren Leistungen werden auch in Elektrofahrzeugen Wechselstrom-Induktionsmotoren eingesetzt.

Bei vielen Arten von Wechselstrommotoren korreliert die Drehzahl stark mit der Frequenz des Antriebsstroms. 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, vom Antrieb abhängigen "Schlupfes". Stromspannung. Während es möglich sein kann, die Drehzahl einiger AC-Motoren durch Variieren der Antriebsspannung zu steuern und somit unterschiedliche Schlupfmengen zuzulassen, ist es effizienter, die Antriebsfrequenz zu variieren und zu versuchen, den Schlupf zu minimieren.

Beachten Sie auch, dass fast alle Motoren, die eine nicht unerhebliche Menge an Arbeit leisten können, erfordern, dass die Polarität des Stroms in einigen der Spulen periodisch umgeschaltet wird. Dies gilt für Gleichstrommotoren genauso wie für Wechselstrommotoren. Die meisten Gleichstrommotoren verwenden einen mechanischen Kommutator und Bürsten, um ein solches Schalten durchzuführen; diese haben in der Regel eine begrenzte Nutzungsdauer, bevor sie gewartet oder ersetzt 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 verschleißen und je nach Umgebung nach 2000 bis 5000 Stunden ausgetauscht werden müssen. Während Wechselstrommotoren (sowohl Induktions- als auch PMSM-, auch bekannt als bürstenlose Motoren, auch als BLDC-Motoren bezeichnet) 20.000 Stunden halten können. Wenn also ein wartungsfreier Betrieb wichtig ist, möchten Sie vielleicht einen AC-Motor.

Zweitens, wenn Sie irgendeine Art von Drehzahl- oder Drehmomentsteuerung durchführen, haben Sie nicht nur Gleichstrom für einen Gleichstrommotor. Sie werden PWM DC haben. Und sobald Sie die Elektronik dazu haben, ist es nicht viel anders, zu PWM-Wechselstrom zu wechseln.

Drittens arbeiten viele moderne Induktionsmotor- und PMSM-Steuerungen unter Verwendung einer Technik, die als feldorientierte Steuerung bezeichnet wird. Diese Art der Steuerung ermöglicht es Ihnen, sowohl den reibungslosen Betrieb Ihres Motors bei niedriger als auch bei hoher Geschwindigkeit zu steuern, und gibt Ihnen eine unabhängige Kontrolle über Ihr Drehmoment und Ihr Magnetisierungsfeld. Mit einer PMDC-Steuerung ist dies nicht möglich, da Ihre Bürsten / Ihr Kommutator das Feld mechanisch ausrichten. Wenn Ihnen das also wichtig ist, können Sie einen AC-Motor gegenüber einem DC-Motor wählen.

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

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

AC-Motoren sind zuverlässiger als DC-Motoren. 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 eine Lichtbogenbildung, wenn jede Bürste die Verbindung von jeder aufeinanderfolgenden Kontaktstange des Ankers unterbricht. Dies greift den Anker und die Bürsten an und macht sie rau. Die Rauhigkeit verschleißt sowohl Anker als auch Bürsten. Wenn Wechselstrommotoren Elektromagnetrotoren verwenden, wird der Strom über Schleifringe und Bürsten mit dem Rotor verbunden. An den Bürsten an Schleifringen findet keine Schaltung statt. Dies vermeidet Lochfraß durch Lichtbögen, unter denen DC-Motoren leiden. Schleifringe und Bürsten halten um ein Vielfaches länger als Bürsten und Kommutatoren von Gleichstrommotoren. Die meisten AC-Motoren arbeiten ohne Bürsten und Schleifringe, indem sie induktive Kopplung, Hysterese, oder Permanentmagnete in den Rotoren. Die Lebensdauer von bürstenlosen Motoren kann nur durch die Lagerlebensdauer begrenzt sein.

AC-Motoren können besser steuerbar sein als DC-Motoren. DC-Motorsteuerungen können das Magnetfeld des Stators oder die an den Anker angelegte Spannung oder Strom ändern. AC-Motorsteuerungen können die Statorspannung, den Strom, die Frequenz oder Phase oder den Rotorstrom ändern. Einige Wechselstrommotoren können die Anzahl der Magnetpole am Stator ändern. Dadurch sind AC-Motoren in der Lage, Elektrizität über einen größeren Bereich von Betriebsdrehzahlen effizient in Antriebsleistung umzuwandeln als DC-Motoren mit äquivalenten Leistungspegeln.

Ein weiterer Aspekt, den ich nicht erwähnt sehe, ist, dass ein 3-Phasen-Wechselstrommotor, der mit reinem Sinuswelleneingang gespeist wird, über alle 360 ​​Grad Drehung ein gleichmäßiges Drehmoment erzeugt. Ein einfacher Gleichstrommotor erfährt eine Drehmomentschwankung, wenn sich jeder Rotorpol an seinem Gegenstatorpol vorbeidreht. Dies kann beispielsweise bei der Präzisionsbearbeitung eine wichtige Überlegung sein.