1. Relazione di corrispondenza tra velocità operativa e campo magnetico

• Motori sincroni: La velocità del rotore è sempre perfettamente coerente con la velocità del campo magnetico rotante dello statore, il che è chiamato "funzionamento sincrono". I rotori di questi motori sono dotati di magneti permanenti integrati o generano un campo magnetico fisso facendo passare corrente continua attraverso l'avvolgimento di eccitazione. Una volta formato il campo magnetico rotante dello statore, questo attirerà il rotore a ruotare in modo sincrono, come "una calamita che attrae il ferro", senza alcuna deviazione di velocità.
• Motori asincroni: La velocità del rotore è sempre inferiore alla velocità del campo magnetico rotante dello statore, con conseguente "differenza di velocità" (da qui il nome "asincrono"). I loro rotori non hanno un campo magnetico indipendente; invece, si affidano al campo magnetico dello statore per tagliare i conduttori del rotore e generare una corrente indotta, che a sua volta forma un campo magnetico del rotore. Solo quando la velocità del rotore è inferiore al campo magnetico dello statore può essere garantito il taglio continuo dei conduttori da parte del campo magnetico, mantenendo la corrente indotta e la rotazione del rotore. Pertanto, la differenza di velocità è una condizione necessaria per il funzionamento dei motori asincroni.

2. Prestazioni di avviamento e caratteristiche di coppia

• Motori sincroni: Presentano il problema della "difficoltà di avviamento". Poiché il campo magnetico del rotore è fisso, la velocità del campo magnetico rotante dello statore è estremamente elevata al momento dell'avviamento e il rotore non riesce a tenere il passo immediatamente a causa dell'inerzia, causando facilmente una "perdita di sincronizzazione" (ovvero, il rotore non può essere trascinato in rotazione dal campo magnetico). Pertanto, non possono essere avviati tramite eccitazione diretta. Solitamente, sono necessari dispositivi ausiliari (come un piccolo avvolgimento di avviamento asincrono) per far ruotare il rotore a una velocità prossima a quella sincrona, e quindi viene applicata una corrente di eccitazione per completare la "sincronizzazione di avviamento". Inoltre, la loro coppia di avviamento è ridotta, rendendo difficile l'azionamento di carichi pesanti per l'avviamento.
• Motori asincroni: Sono facili da avviare e hanno caratteristiche di coppia più flessibili. Non sono necessari dispositivi ausiliari; possono essere avviati tramite alimentazione diretta. Durante il processo di avviamento, la velocità del rotore aumenta gradualmente e la differenza di velocità diminuisce gradualmente. A seconda delle diverse strutture del rotore, i motori asincroni possono essere suddivisi in motori a gabbia di scoiattolo e motori a rotore avvolto: i motori a gabbia di scoiattolo hanno una coppia di spunto moderata e sono adatti a scenari di carico leggero (come i ventilatori); i motori a rotore avvolto possono aumentare la coppia di spunto collegando resistori in serie nel circuito del rotore, il che può soddisfare i requisiti di avviamento di carichi pesanti (come le gru).

3. Capacità di regolazione dell'efficienza e del fattore di potenza

• Motori sincroni: Hanno una maggiore efficienza e possono regolare il fattore di potenza. Poiché la velocità è sempre sincrona, non si verificano "perdite da scorrimento" (una delle principali perdite dei motori asincroni) causate dalla differenza di velocità. Si spreca meno energia durante il funzionamento a lungo termine e il vantaggio in termini di efficienza è più evidente nelle apparecchiature ad alta capacità (come grandi generatori e compressori industriali). Inoltre, il fattore di potenza dei motori sincroni può essere controllato regolando la corrente di eccitazione. Quando la corrente di eccitazione è sufficiente, il motore può immettere potenza reattiva nella rete elettrica, migliorandone il fattore di potenza (cosa che i motori asincroni non possono fare). Pertanto, vengono spesso utilizzati come "condensatori sincroni" per stabilizzare la tensione della rete elettrica.
• Motori asincroni: Hanno un'efficienza relativamente bassa e un fattore di potenza fisso. A causa della presenza di perdite di scorrimento, soprattutto durante il funzionamento a basso carico, l'efficienza diminuirà significativamente (ad esempio, l'efficienza è prossima allo zero in assenza di carico). Allo stesso tempo, il loro fattore di potenza è sempre in ritardo (ovvero, devono assorbire potenza reattiva dalla rete elettrica per stabilire un campo magnetico) e non può essere regolato attivamente. L'uso su larga scala può portare a una diminuzione del fattore di potenza della rete elettrica e a un aumento delle perdite di rete.

4. Differenze negli scenari applicativi

• Motori sincroni: Sono più adatti a scenari con elevati requisiti di velocità, precisione, efficienza e stabilità della rete elettrica:
  1. Campo di generazione di energia: tutti i grandi generatori (come i generatori termici e idroelettrici) sono motori sincroni, perché possono garantire una velocità stabile e produrre energia elettrica con una frequenza costante (la frequenza della rete elettrica cinese è fissata a 50 Hz, cosa che deve essere realizzata affidandosi a motori sincroni).
  2. Attrezzature industriali per carichi pesanti: grandi compressori industriali, pompe per l'acqua, mulini a sfere, ecc. sfruttano la loro elevata efficienza e la velocità stabile per ridurre i costi operativi a lungo termine.
  3. Regolazione della rete elettrica: utilizzati come condensatori sincroni per migliorare il fattore di potenza della rete elettrica e alleviare il problema della potenza reattiva insufficiente nella rete elettrica.
• Motori asincroni: Grazie alla loro struttura semplice, al basso costo e alla facile manutenzione, sono diventati la scelta principale negli scenari civili e industriali di piccole e medie dimensioni:
  1. Apparecchiature civili: gli elettrodomestici (come condizionatori, lavatrici, ventilatori elettrici) e le piccole pompe idrauliche utilizzano tutti motori asincroni a gabbia di scoiattolo per soddisfare le esigenze quotidiane di carico leggero.
  2. Attrezzature industriali di piccole e medie dimensioni: mandrini di macchine utensili, nastri trasportatori, soffianti, ecc. non richiedono precisione ed efficienza estremamente elevate, quindi il vantaggio in termini di rapporto costo-efficacia dei motori asincroni è più evidente.
  3. Scenari di avviamento con carichi pesanti: i motori asincroni a rotore avvolto vengono utilizzati in apparecchiature quali gru e paranchi, in cui la coppia di avviamento viene regolata modificando la resistenza del rotore.