Jaký je rozdíl mezi synchronním a asynchronním motorem jednoduše řečeno?

Elektromotory se mohou lišit. A pokud je v případě spalovacího motoru určujícím faktorem druh paliva, pak u elektromotorů je nejdůležitější, jak přesně se vytváří točivý moment. Většina moderních elektromobilů má jeden ze dvou typů motorů: asynchronní nebo synchronní. Ty ovlivňují vlastnosti a cenu vozu, mají různou účinnost a různou životnost. Vysvětlíme si princip fungování obou motorů jednoduše a poté porovnáme jejich výhody a nevýhody.

Asynchronní motor (ASM)

Tento typ motoru vyvinuli téměř současně Nikola Tesla a Galileo Ferrari. Tesla si jej jako první nechal patentovat v roce 1888. Poté se asynchronní motor začal prosazovat v průmyslu i v každodenním životě. V současné době s tímto typem motoru pracuje velké množství zařízení. Najdete ho v čerpadlech, mixérech, ledničkách, ventilátorech atd.

Asynchronní elektromotor, pokud se používá v elektrickém vozidle, není instalován pod kapotou, ale přímo na nápravě (přední, zadní, obě). Takový motor má dvě hlavní součásti: dynamický rotor a stacionární stator, který zahrnuje jádro, vinutí a pouzdro.

Popíšeme si princip fungování: z baterie je dodáván stejnosměrný elektrický proud, který se ve střídači přeměňuje na střídavý proud a přivádí se do elektromotoru. Proud prochází statorovým vinutím a vytváří magnetické pole, ve kterém se začne otáčet velký magnet, rotor. Právě rotor uvádí kola automobilu do pohybu. Čím více závitů je ve statorovém vinutí, tím vyšší je rychlost otáčení rotoru.

Hlavním rysem asynchronního motoru je, že rotor a magnetické pole statoru se otáčejí různými rychlostmi (odtud zařízení dostalo svůj název). První je vždy pomalejší. Rozdíl mezi rychlostmi se nazývá „skluz“. Čím vyšší je, tím větší točivý moment může motor vyvinout.

Tyto motory mají poměrně jednoduchou konstrukci a mohou fungovat dlouhou dobu bez oprav nebo poruch. Dobře si poradí s pohonem elektromobilů s pohonem předních kol. Jednou z nevýhod těchto motorů je relativně nízký točivý moment ve srovnání s elektrickými alternativami.

Synchronní motor

Hlavní rozdíl mezi synchronními a asynchronními motory spočívá v rychlosti otáčení magnetického pole statoru a rotoru. U synchronních zařízení se shodují. Zároveň lze stejné frekvence dosáhnout různými způsoby, což je základem pro vytvoření dvou typů elektromotorů.

PSM (synchronní motor s permanentním buzením). Taková zařízení využívají permanentní magnety, které vytvářejí magnetické pole v rotoru. Díky tomuto technologickému řešení je možné zmenšit velikost motoru bez ztráty výkonu. Kompaktnost umožňuje použití synchronních jednotek nejen v plně elektrických vozidlech, ale i v hybridech, kde je kvůli přítomnosti spalovacího motoru, převodovky atd. velmi málo volného prostoru. U synchronního elektromotoru nedochází k „skluzu“, což umožňuje dosáhnout vysoké účinnosti i při nízkém zatížení. Takové motory mají vynikající výkonové ukazatele a účinnost až 94 %. Mají jednoduchou konstrukci, ve které nejsou žádné spotřební prvky (kartáče, vinutí, kluzné kontakty), které by vyžadovaly výměnu nebo údržbu. Synchronní motory jsou tišší než asynchronní, poskytují rychlé zvýšení točivého momentu po nastartování a usnadňují řízení. Verze elektromotoru s permanentním buzením je velmi efektivním řešením, a proto se často používá v prémiových vozech, například v Zeekr 001. Kromě toho je takový motor instalován v Geely EX5.

EESM (externě buzený synchronní motor). Jedná se o technicky složitější verzi motoru, protože taková zařízení mají další prvky. V rotoru nejsou žádné permanentní magnety, místo toho se používají měděná vinutí a ocelový magnetický obvod, díky čemuž jednotka není v účinnosti horší než PSM. Magnetické pole není vytvářeno indukovaným napětím, jako u asynchronních motorů, ale kartáči. Ty se posouvají po kroužcích a dodávají napětí pro otáčení rotoru. Díky použití těchto prvků je možné přesně regulovat elektrický proud na rotoru a jeho magnetizaci – to je výhoda. S sebou to však nese nevýhodu – konstrukce se stává složitější, a tím i náklady na vlastnictví automobilu. Například kartáče podléhají opotřebení a je nutné je pravidelně vyměňovat za nové. Motory EESM se vyznačují vysokou účinností – až 93 %. Díky své snadné ovladatelnosti a účinnosti jsou tyto elektromotory velmi slibné.

Nevýhody a výhody synchronních a asynchronních motorů

Pojďme se podívat na výhody a nevýhody různých typů elektromotorů, abychom jasně ukázali jejich rozdíly.

Asynchronní

• Spolehlivost a velmi dlouhá životnost. Prakticky nemají žádné opotřebitelné díly.
• Dostupnost. Prvky vzácných zemin, které výrazně zvyšují cenu motoru, se při výrobě nepoužívají.
• Ověřené časem. Tyto motory byly vyvíjeny po dlouhou dobu a prokázaly svou účinnost.
• Schopnost okamžitě odpojit motor od napájení. V případě nouze můžete okamžitě zastavit dodávku energie.

• Méně účinné. Při nízkém zatížení jsou horší než synchronní motory. Například při rozběhu poskytují menší točivý moment.
• Vysoká spotřeba energie. Rozdíl oproti synchronním analogům je malý, ale stále přítomný.
• Velká hmotnost a rozměry. Rozměry synchronních motorů jsou obvykle menší.

Synchronní s konstantním buzením

• Vysoká účinnost. Ve srovnání s asynchronními analogy vykazují tyto motory vyšší účinnost.
• Malé rozměry. Přítomnost permanentních magnetů v rotoru umožňuje zmenšit velikost konstrukce.
• Vysoce účinný režim rekuperace energie. Umožňuje vám ekonomičtěji využívat energii baterie.
• Žádná ztráta výkonu při částečném zatížení. Takové motory jsou vhodné pro střední vzdálenosti a městské použití.

• Vysoká cena. Nutnost použití materiálů vzácných zemin zvyšuje výrobní náklady a omezuje následný prodej.
• Problémy s dostupností: Ne všichni výrobci mohou takové motory navrhnout a vyrobit kvůli nedostatku materiálu.
• Ztráta energie. Při volnoběhu takové motory ztrácejí výkon v důsledku rostoucího odporu.
• Nemožnost okamžitého odpojení od napájení. V případě problémů nelze motor okamžitě odpojit od baterie.

Synchronní s externím buzením

• Vysoká účinnost. Tyto motory mají vyšší účinnost než asynchronní motory, ale jsou o něco horší než motory s permanentním buzením.
• Dostupnost. Výroba takových motorů je pro výrobce výhodnější, protože nepoužívají materiály vzácných zemin.
• Variabilita. Je možné regulovat proud motoru.

• Servisovatelný koncept. Na rozdíl od jiných uvažovaných motorů je třeba kartáče sběrače proudu pravidelně měnit. To znamená, že majitel bude muset nést dodatečné náklady.
• Velké rozměry. Ve srovnání s konceptem PSM má EESM velké rozměry díky přítomnosti dalších prvků.
• Složitost. Velký počet komponent vede ke složitější konstrukci a zvýšeným výrobním nákladům.

Závěr

• Elektromotory lze podle jejich provozních charakteristik rozdělit na synchronní a asynchronní.
• Oba typy se skládají z pohyblivého rotoru a stacionárního statoru. U synchronního motoru se však magnetické pole statoru a rotoru otáčí stejnou rychlostí, zatímco u asynchronního motoru je rotor vždy pomalejší.
• Synchronní elektromotory se podle konstrukce dělí na varianty s konstantním a externím buzením.
• Výhodou asynchronních motorů je jejich relativní jednoduchost, spolehlivost a trvanlivost. Nevýhodou jsou jejich velké rozměry.
• Výhodou všech synchronních motorů je jejich vysoká účinnost. Nevýhodou je, že jejich výroba vyžaduje vyšší náklady ve srovnání s asynchronními.

Hlavním úkolem elektromotoru je přeměna elektrické energie na mechanickou energii. Elektromotory se dnes vyrábějí jak na stejnosměrný, tak na střídavý proud. Mezi střídavými motory vedou asynchronní a synchronní motory. Asynchronní motory s nízkým a středním výkonem patří do skupiny nejčastěji používaných elektromotorů. Jsou široce používány jak v průmyslu, tak v domácích spotřebičích.

V průmyslu se nejčastěji používají třífázové asynchronní motory. Používají se např. v energetice – jako pohony pro vlastní potřebu elektráren, ve stavebnictví, v dopravě, ve veřejných službách – jako pohony vodárenských čerpadel apod.

Rozdíl mezi asynchronním motorem a synchronním motorem

Vzhledově jsou si vzhledově podobné, někdy ani specialista vnějšími znaky nerozezná synchronní elektromotor od asynchronního. Oba elektromotory mají pevný stator, sestávající z vinutí (cívek), které jsou uloženy v drážkách jádra z plechů z elektrooceli, a pohyblivého rotoru. Funkce těchto typů elektromotorů je navíc stejná – vytváření točivého magnetického pole statoru.

Rotor synchronního motoru má nezávisle napájené budicí vinutí. Stator synchronního a asynchronního motoru jsou uspořádány stejně, funkce je v každém případě stejná – vytvoření točivého magnetického pole statoru.

Tyto dva typy motorů mají různé aplikace: synchronní motory mají mnohem větší výkon a užitečné zatížení, ale jsou dražší a složitější. A proto jsou asynchronní motory žádané tam, kde jsou jejich charakteristiky dostatečné, protože jsou levnější a jednodušší na výrobu.

Nevýhody a výhody motorů

Synchronní motory

Synchronní motory mají poměrně složitou konstrukci kvůli přítomnosti sestavy kartáčů. Kromě toho vyžadují k provozu další stejnosměrný zdroj. Další nevýhodou je nemožnost jejich provozu v podmínkách častých startů a zastavení. To vše je však kompenzováno vysokým výkonem, vysokou účinností, odolností proti poklesům napětí v napájecí síti a stabilními otáčkami hřídele bez ohledu na jeho zatížení.

Synchronní elektrické stroje jsou cenově výhodné při výkonech nad 100 kW a používají se především pro otáčení výkonných ventilátorů, v různých hutních odvětvích, pro pohon čerpadel, která mají nejen značný výkon, ale i dlouhý provozní režim atd.

Indukční motor

Asynchronní motor je na rozdíl od synchronních strojů citlivější na kolísání napětí a při zvýšení zátěže nedokáže udržet jmenovité otáčky. Ve většině případů jsou nedostatky kompenzovány použitím frekvenčních měničů a jiných startérů. Ale jednoduchost konstrukce, dlouhá životnost, všestrannost použití, schopnost pracovat v režimu častého zapínání a zastavování činí tyto stroje nejrozšířenějšími v průmyslovém a domácím sektoru.