1. Соответствие между рабочей скоростью и магнитным полем

• Синхронные двигатели: Скорость вращения ротора всегда полностью соответствует скорости вращения магнитного поля статора, что называется «синхронным режимом работы». Роторы таких двигателей либо имеют встроенные постоянные магниты, либо создают постоянное магнитное поле, пропуская постоянный ток через обмотку возбуждения. После формирования вращающегося магнитного поля статора оно будет тянуть ротор к синхронному вращению, подобно «магниту, притягивающему железо», без отклонения скорости.
• Асинхронные двигатели: Скорость ротора всегда ниже скорости вращающегося магнитного поля статора, что приводит к «разнице скоростей» (отсюда и название «асинхронный»). Их роторы не имеют собственного магнитного поля; вместо этого они используют магнитное поле статора для перерезания проводников ротора, создавая индуцированный ток, который, в свою очередь, формирует магнитное поле ротора. Только когда скорость ротора меньше скорости магнитного поля статора, может быть обеспечено непрерывное перерезание проводников магнитным полем, поддерживая индуцированный ток и вращение ротора. Таким образом, разность скоростей является необходимым условием работы асинхронных двигателей.

2. Пусковые характеристики и характеристики крутящего момента

• Синхронные двигатели: У них есть проблема «затруднённого пуска». Поскольку магнитное поле ротора неподвижно, скорость вращения магнитного поля статора в момент пуска чрезвычайно высока, и ротор не может сразу же поддерживать его из-за инерции, что легко приводит к «потере синхронизации» (то есть ротор не может быть втянут магнитным полем). Поэтому их невозможно запустить напрямую. Обычно требуются вспомогательные устройства (например, небольшая асинхронная пусковая обмотка), чтобы сначала раскрутить ротор до скорости, близкой к синхронной, а затем подать ток возбуждения для полной «синхронизации втягивания». Кроме того, их пусковой момент мал, что затрудняет запуск с большими нагрузками.
• Асинхронные двигатели: Они легко запускаются и обладают более гибкими характеристиками крутящего момента. Не требуют дополнительных устройств; их можно запускать напрямую, подавая напряжение. В процессе пуска скорость ротора постепенно увеличивается, а разность скоростей постепенно уменьшается. В зависимости от конструкции ротора асинхронные двигатели можно разделить на двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором: двигатели с короткозамкнутым ротором имеют умеренный пусковой момент и подходят для работы с небольшими нагрузками (например, вентиляторами); двигатели с фазным ротором могут увеличивать пусковой момент за счет последовательного включения резисторов в цепь ротора, что позволяет удовлетворить требования к пуску двигателей с большими нагрузками (например, кранов).

3. Возможность регулировки эффективности и коэффициента мощности

• Синхронные двигатели: Они обладают более высоким КПД и могут регулировать коэффициент мощности. Поскольку скорость всегда синхронная, отсутствуют «потери скольжения» (одна из основных потерь асинхронных двигателей), вызванные разницей скоростей. При длительной работе теряется меньше энергии, а преимущество в КПД более очевидно в оборудовании высокой мощности (например, в мощных генераторах и промышленных компрессорах). Кроме того, коэффициент мощности синхронных двигателей можно регулировать, регулируя ток возбуждения. При достаточном токе возбуждения двигатель может отдавать реактивную мощность в сеть, улучшая коэффициент мощности сети (асинхронные двигатели на это не способны). Поэтому их часто используют в качестве «синхронных компенсаторов» для стабилизации напряжения сети.
• Асинхронные двигатели: Они имеют относительно низкий КПД и фиксированный коэффициент мощности. Из-за потерь на скольжение, особенно при работе с малой нагрузкой, КПД значительно снижается (например, на холостом ходу КПД близок к нулю). В то же время их коэффициент мощности всегда отстаёт (т.е. им необходимо поглощать реактивную мощность из сети для создания магнитного поля) и не может быть активно скорректирован. Массовое использование может привести к снижению коэффициента мощности сети и увеличению потерь в ней.

4. Различия в сценариях применения

• Синхронные двигатели: Они больше подходят для сценариев с высокими требованиями к точности скорости, эффективности и стабильности электросети:
  1. Сфера производства электроэнергии: Все крупные генераторы (такие как тепловые и гидрогенераторы) являются синхронными двигателями, поскольку они могут обеспечить стабильную скорость и выдавать электроэнергию с постоянной частотой (частота энергосистемы Китая фиксирована на уровне 50 Гц, что необходимо реализовать с помощью синхронных двигателей).
  2. Промышленное тяжелонагруженное оборудование: крупные промышленные компрессоры, водяные насосы, шаровые мельницы и т. д. используют свою высокую эффективность и стабильную скорость для снижения долгосрочных эксплуатационных расходов.
  3. Регулирование электросети: используются в качестве синхронных конденсаторов для повышения коэффициента мощности электросети и решения проблемы недостаточной реактивной мощности в электросети.
• Асинхронные двигатели: Благодаря своей простой конструкции, низкой стоимости и удобству обслуживания они стали основным выбором для гражданских и малых и средних промышленных предприятий:
  1. Гражданское оборудование: бытовая техника (например, кондиционеры, стиральные машины, электровентиляторы) и небольшие водяные насосы — все они используют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором для удовлетворения повседневных потребностей с небольшой нагрузкой.
  2. Малое и среднее промышленное оборудование: шпиндели станков, конвейерные ленты, воздуходувки и т. д. не требуют чрезвычайно высокой точности и эффективности, поэтому преимущество асинхронных двигателей с точки зрения экономической эффективности более заметно.
  3. Сценарии пуска с большой нагрузкой: асинхронные двигатели с фазным ротором используются в таком оборудовании, как краны и подъемники, где пусковой крутящий момент регулируется путем изменения сопротивления ротора.