交流或直流驱动-哪个是最好的小型电机?

变速马达控制('驱动器')已经存在了几十年。在早期，应用和预算是选择直流电机/驱动组件和交流等效组件的主要决策标准。尽管这种做法仍在继续，交流驱动技术的进步使得决定哪一种交流或直流满足应用要求变得更加复杂。决策标准更加广泛，现在包括:

• 申请要求
• 易于安装和操作
• 成本和可用性
• 维护和支持
• 无刷直流的影响

A quick review of published information on this subject yields a preponderance of articles that lean toward AC being the better choice, especially with the advent of lower cost, more capable AC variable frequency drives (VFD’s) – drives that produce from an induction motor the kind of speed/torque response previously found only with DC permanent magnet motors. But these same articles concentrate on larger motors – the majority of drives and motors sold in terms of annual units are fractional to 2HP size motors.

本文将专注于AC与DC驱动选择的电动机的速度和简单方向控制2HP和更小。

申请要求

具体应用的要求将要考虑到AC与DC决策。应用程序是否需要高启动扭矩？实例可以包括俯仰机上的转盘或车轮等离心载荷;或泵送粘性液体。这曾经是一个简单的DC选择。然而，即使是最基本的交流驱动器现在也有“提升”作为一个功能，这将以较低的电机速度产生额外的扭矩。并且，对于几美元，可以使用AC矢量驱动器，该驱动器在低速下也产生更多的电动机扭矩。

驱动/电机包的电源电压也是考虑因素。最便宜的AC VFD使用3相交流电源电压 - 这简化了驱动电路的电源前端。但是，作为OEM设备设计工程师，您不能总是依靠您的客户提供的三相电力。单相电源电压更常见地在国内和国际上可用 - 但VFD电源电路更符合230VAC单相电源，甚至更为涉及115VAC，这增加了成本。

应用程序需求(租)

对于直流驱动器，2HP和更小的电源电压是最小的关注-今天大多数驱动器设计来处理115VAC或230VAC(单相)电源电压使用相同的电路设计。

对于需要安装潮湿的驱动器的应用程序，在其湿雨或直接冲洗下 - NEMA 4 / 4X（IP65 / 66）额定直流驱动器即可获得。虽然据说若干公司正在开发它们，但尚未提供的冲洗交流驱动器的品牌选择更有限。

对于需要电动机制动或逆转的应用，交流驱动器具有优点：输出电压切换以完成电动机制动和/或倒车多次使用相同的固态设备（MOSFET / IGBT）用于控制电机速度。基本的DC驱动器通常采用机械继电器来反转电动机电枢电压极性和附加电路以制动电机（使用电源电阻），并确认电动机已经停止，然后允许电枢电压极性开关 - 增加复杂性和成本。再生直流驱动器使用固态技术制动并使电机类似于AC驱动器 - 由于电路复杂性引起的显着增加的成本。

易于安装和操作

DC驱动器具有此类别的优势 - 只要有四根电线连接，开关即可运行。相同的型号驱动器通常可以处理一系列电机尺寸和电压 - 设置与基于电机电压和HP额定值的少数尺寸调整一样简单。

AC驱动器通常需要一定量的参数配置或“调试”来安装。已经通过使用出厂默认参数设置和“快速启动”参数设置来缓解调试的进展。虽然更简单，任何用于安装驱动器的参数配置都会对工厂人员的压力及其相对的专业知识和培训水平。对于大量客户来说，易于安装时是在选择其驱动器时的主要因素。

成本和可用性

关于电机和驱动器包的总成本的一般规则，AC与DC比较时，是：

·对于AC，随着电动机HP增加，与DC相比，总成本较少

·对于直流，由于电机HP降低，总成本低于交流

如果我们收集数据并绘制总成本与惠普评级的曲线，我们将得到在某个(马达惠普)点相交的曲线——让我们用一些定价例子来看看可能在哪里。

为了进行设置，我们将使用真实世界的数据。换句话说，数据指示的实际购买价格的一个控制和一个电机定义如下。另一个重要的说明是确定了制造商清单或零售价格，但没有在图表中使用，因为公司使用不同的定价和折扣计划方法。合理的比较是，不论公司规模大小或每年的购买量，任何人都可以轻易获得的1件净价格——这是在下面的图表中绘制的。

从纯成本的角度来看，它看起来是成本/ HP交叉点在某处或仅在1 / 2HP以下。成本选择从½-2HP混淆。没有明确的选择AC与DC似乎适合市场的现实，并展示在选择选择时更为重要。

另一个考虑因素涉及产品可用性 - 字面上，找到符合应用要求的AC或DC驱动器和电机有多容易？在此处的问题是标准产品（功能）与修改或自定义产品。标准产品通常不那么昂贵，并且肯定会从更多来源中获得更容易获得。以前的成本分析使用了所有标准产品进行比较。

特定特征（串行通信是一个很好的例子），其是AC驱动器的公共标准特征是DC驱动器的昂贵选项。这可能是使用交流驱动/电动机解决方案的确定因素。另一个问题是客户服务：如果需要更换，OEM可能会发现使用其最终用户随时可用的驱动器和电机应该替换。这个问题的另一面：OEM业务计划的重要组成部分可能是服务合同的收入，或者设备复杂，并拥有客户执行驱动系统组件更换会造成更好的弊大于良。

有许多例子是选择的驱动器/电机的可用性会影响BOM成本，质量，市场形象和设备性能。在可用性不可能进行AC和DC之间没有明确的选择，但可以在设备设计阶段考虑情况。

维护和支持

直流永磁电机的主要运行因素是需要定期的预防性维护。碳/碳复合刷需要定期检查和更换。在交流和直流之间进行选择时，必须考虑电机运行的占空比——更长的预期电机使用周期应选择交流。

交流VFD/感应电动机的主要运行因素是一种称为“轴电流”的现象。当与VFD一起使用时，这些是在交流电机内部元件中感应的电流。在2HP及以下的电机中，这些电流很小，但随着时间的推移，可能会导致电机轴承寿命短于预期。轴电流问题的解决方案相对于VFD和电机成本来说是昂贵的；在本次讨论的重点HP产品系列中，很少使用这些产品。在需要的时候简单地更换马达要便宜得多。

在驱动器级别，直流驱动器通常更容易支持。一般来说，支持直流驱动器的人员的教育/经验水平要求比交流驱动器少。交流驱动器的开发继续增加“微型”VFD的复杂性(低电压/额定HP)，对支持人员的技能水平造成更大的压力。将可编程逻辑控制器(PLC)的逻辑和I/O添加到VFD中，支持人员的能力进一步向学位工程师靠拢。

无刷直流的影响

无刷直流技术是传统交流和直流电机和驱动技术的真正混合。每个产品的基本技术特征图表可以很好地说明这一点:

由于大多数直流无刷驱动器用于小于2HP的电机，因此通常不需要三相电源电压。除此之外，无刷直流似乎结合了交流变频调速和直流可控硅技术的最佳功能，尽管总成本溢价为20-30%（有关用于确定总成本的成本参数的定义，请参阅成本和可用性部分）。此外，无刷直流技术提供更高的转速，安静的运作，能源效率和一些应用更小/更轻的电机。

结论

本讨论中提供的比较和选择标准与小型电机市场的现实是一致的——没有明确的选择使用哪种技术。它是应用程序/组织驱动的。这就解释了为什么在过去的20年里，传统的直流电力市场虽然萎缩了，但它仍然是可行的，并且应该持续下去，直到出现一些重大的技术或监管转变。无刷直流技术正在取得进展，因为它包括交流和直流传统驱动技术的一些最好的特点，在较低的价格溢价比过去几年。

Mark Lewis是副总裁 - DART Controls，Inc。的营销和销售销售Dart Designs和生产 克拉，数字和BLDC在Zionsville，印第安纳州美国工厂的OEM和用户市场驱动器。DART将在2013年庆祝50年的速度控制创新。