Perché i raddrizzatori-inverter vengono utilizzati per pilotare motori a corrente alternata anziché utilizzare la corrente rettificata per pilotare motori a corrente continua?

Comprendo i vantaggi dell'utilizzo di un sistema raddrizzatore-inverter per pilotare un motore a corrente alternata invece di collegarlo semplicemente all'alimentazione di rete, poiché consente un controllo molto migliore della sua velocità e prestazioni; ma quello che non capisco è: dal momento che l'alimentazione CA originale deve essere convertita in CC per alimentare il circuito dell'inverter, perché questa CC non viene inviata direttamente a un motore CC, invece di convertirla in CA e quindi inviare ad un motore a corrente alternata?

I motori DC hanno effettivamente una variabile: quanta potenza stai alimentando il motore? I motori AC hanno due variabili: potenza e frequenza. Non sono un esperto di motori, ma mi aspetto che i motori CA consentirebbero quindi un controllo indipendente di velocità e coppia, mentre i motori CC non lo fanno. Anche il controllo direzionale è un problema. La direzione di un motore CA può essere controllata dalla direzione di rotazione della potenza che viene alimentata ad esso. La direzione di un motore DC non è così facilmente controllabile.

Più in generale, tutti i motori funzionano perché c'è un campo magnetico rotante da qualche parte. Tale rotazione viene generata all'interno del motore (auto-commutante) o perché l'alimentazione di potenza al motore stesso sta ruotando (commutata esternamente). I motori DC devono essere auto-commutanti; DC non sta definibilmente ruotando.

Come si ottiene la commutazione all'interno del motore? In genere, ci sono spazzole o c'è un inverter integrato nel motore . Le spazzole si consumano e sospetto che abbiano altri svantaggi. E se hai intenzione di costruire un inverter nel motore, perché non metterlo al di fuori del motore e ottenere un migliore controllo su di esso?

Poiché i motori a corrente alternata sono generalmente molto più efficienti dei motori a corrente continua e poiché non richiedono contatti elettrici con il rotore, sono anche più affidabili.

Ricorda, un motore BLDC è in realtà un motore a corrente alternata con i circuiti di azionamento integrati. A livelli di potenza più elevati, ha senso separare i circuiti di controllo e azionamento dal motore stesso.

Inoltre, i motori con rotori a magneti permanenti (PM) hanno una capacità di gestione della potenza limitata. A livelli di potenza più elevati, vengono utilizzati motori a induzione CA, anche nei veicoli elettrici.

Con molti tipi di motori a corrente alternata, la velocità di rotazione sarà fortemente correlata alla frequenza della corrente di pilotaggio. In molti casi, la velocità di rotazione in giri al secondo sarà o una frazione esatta della frequenza dell'azionamento in cicli al secondo (ad esempio 1/3), oppure una frazione esatta meno una certa quantità di "slittamento" che dipende dall'azionamento voltaggio. Mentre può essere possibile controllare la velocità di alcuni motori CA variando la tensione del variatore e consentendo in tal modo quantità variabili di slittamento, è più efficiente variare la frequenza del variatore e cercare di ridurre al minimo lo slittamento.

Si noti inoltre che quasi tutti i motori in grado di eseguire una quantità non banale di lavoro richiedono che la polarità della corrente in alcune bobine venga periodicamente commutata. Questo vale tanto per i motori DC quanto per quelli AC. La maggior parte dei motori DC utilizza un commutatore meccanico e spazzole per eseguire tale commutazione; questi tendono ad avere una vita utile limitata prima di richiedere assistenza o sostituzione. Alcuni usano l'elettronica per cambiare la corrente effettiva del motore, ma ciò li trasforma essenzialmente in una combinazione "inverter-plus-AC-motor".

Potrebbero esserci molte ragioni. Il più ovvio è che le spazzole nei motori PMDC si consumano e devono essere sostituite dopo 2000-5000 ore, a seconda dell'ambiente. Considerando che i motori a corrente alternata (sia motori a induzione che PMSM noti anche come motori BLDC) possono durare 20.000 ore. Pertanto, se il funzionamento senza manutenzione è importante, è possibile che si desideri un motore CA.

In secondo luogo, se si sta eseguendo qualsiasi tipo di controllo di velocità o coppia, non si avrà solo CC per un motore CC. Avrai PWM DC. E una volta che hai l'elettronica per farlo, non è che molto diverso per andare a PWM AC.

Terzo, molti moderni motori a induzione e controlli PMSM funzionano utilizzando una tecnica chiamata controllo orientato al campo. Questo tipo di controllo consente di controllare il funzionamento regolare del motore a bassa e alta velocità e offre un controllo indipendente sulla coppia e sul campo di magnetizzazione. Non puoi farlo con un controllo PMDC perché i tuoi pennelli / commutatore allineano meccanicamente il campo. Quindi, se questo è importante per te, potresti scegliere un AC piuttosto che un motore DC.

Un altro vantaggio dei motori a corrente alternata è che non usano spazzole e commutatori, come fanno i motori a corrente continua. Questi generano molto rumore EM a scintilla e banda larga.

Ci sono ambienti in cui tali azioni sono davvero indesiderabili :)

I motori a corrente alternata sono più affidabili dei motori a corrente continua. I motori a corrente continua producono energia in uscita dalla corrente che scorre nell'indotto. Il motore a corrente continua trasferisce la corrente all'armatura con commutatore e spazzole. L'induttanza elettrica dell'armatura provoca l'arco quando ogni spazzola interrompe la connessione da ciascuna barra di contatto successiva dell'armatura. Questo buca l'armatura e le spazzole, rendendole ruvide. La rugosità indossa sia armature che spazzole. Quando i motori a corrente alternata utilizzano rotori elettromagnetici, la corrente si collega al rotore con anelli di contatto e spazzole. Non è possibile cambiare le spazzole sugli anelli di contatto. In questo modo si evita la formazione di vaiolature causata da archi a causa dei motori a corrente continua. Gli anelli di contatto e le spazzole durano molte volte più a lungo delle spazzole e dei commutatori del motore CC. La maggior parte dei motori a corrente alternata funzionano senza spazzole e anelli di scorrimento utilizzando accoppiamento induttivo, isteresi, o magneti permanenti nei rotori. La durata dei motori senza spazzole potrebbe essere limitata solo dalla durata dei cuscinetti.

I motori AC possono essere più controllabili rispetto ai motori DC. I controller del motore CC possono modificare il campo magnetico dallo statore o la tensione o la corrente applicata all'armatura. I controller del motore CA possono modificare la tensione, la corrente, la frequenza o la fase dello statore o la corrente del rotore. Alcuni motori a corrente alternata possono modificare il numero di poli magnetici sullo statore. Ciò rende i motori a corrente alternata in grado di convertire efficacemente l'elettricità in potenza motrice su una gamma più ampia di velocità operative rispetto ai motori a corrente continua con livelli di potenza equivalenti.

Un altro aspetto che non vedo menzionato è che un motore a corrente alternata trifase alimentato con ingresso sinusoidale puro produce una coppia uniforme attraverso tutti i 360 gradi di rotazione. Un semplice motore a corrente continua subirà una variazione di coppia quando ciascun polo del rotore ruota oltre il suo polo dello statore della controparte. Ciò può essere una considerazione importante, ad esempio, nella lavorazione di precisione.