В промышленных приводных системах доля двигателей переменного тока уже много лет превышает 80%, значительно превышая долю двигателей постоянного тока. Это явление не случайно; оно определяется конструктивными характеристиками, эксплуатационными расходами, требованиями к техническому обслуживанию и технической адаптируемостью двух типов двигателей. В частности, его можно проанализировать по четырём основным параметрам:

Прежде всего, преимущество в надежности, достигаемое за счет упрощения конструкции, является ключевым условием. Двигатели переменного тока (особенно асинхронные) не требуют коллекторов и щеток, необходимых для двигателей постоянного тока. Их роторы состоят только из листов и обмоток из кремнистой стали, без механического контакта и изнашиваемых деталей. Такая конструкция позволяет им стабильно работать в суровых промышленных условиях, таких как пыль, вибрация и высокая температура, со средней наработкой на отказ (MTBF) более 10 000 часов. В отличие от этого, из-за износа щеток двигатели постоянного тока обычно требуют остановки для замены каждые 2000–3000 часов, что серьезно влияет на непрерывность производственной линии. Например, в прокатном оборудовании металлургических заводов двигатели переменного тока могут работать непрерывно в течение нескольких месяцев без обслуживания, в то время как двигатели постоянного тока часто отключаются из-за проблем с искрами на щетках, что приводит к снижению эффективности производства более чем на 30%.

Во-вторых, комплексное преимущество в плане стоимости и энергоэффективности снижает порог промышленного применения. С точки зрения себестоимости производства, расход меди и железа в двигателях переменного тока на 15–20% ниже, чем у двигателей постоянного тока той же мощности. Более того, для двигателей переменного тока не требуется сложная технология обработки коллекторов, что позволяет снизить стоимость массового производства примерно на 25%. С точки зрения эксплуатационной энергоэффективности номинальный КПД трёхфазных асинхронных двигателей обычно достигает 90–96%, а модели со сверхвысоким КПД даже превышают 97%. Однако из-за потерь на трение щёток КПД двигателей постоянного тока обычно на 5–8% ниже, чем у двигателей переменного тока той же мощности. Если взять в качестве примера двигатель мощностью 100 кВт, то двигатель переменного тока может сэкономить около 12 000 юаней на счетах за электроэнергию в год (рассчитано на основе промышленной цены на электроэнергию 0,6 юаня/кВт·ч и 8 000 часов работы в год), что демонстрирует значительное преимущество в стоимости долгосрочного использования.

В-третьих, прорыв в технологии регулирования скорости устранил традиционные недостатки. Изначально двигатели переменного тока заменялись двигателями постоянного тока в ситуациях, требующих точного регулирования скорости, поскольку добиться плавного регулирования скорости для них было сложно. Однако с развитием силовой электроники преобразователи частоты позволяют реализовать бесступенчатое регулирование скорости двигателей переменного тока от 0 до 3000 об/мин путем изменения частоты и напряжения переменного тока с точностью регулирования скорости ±0,5%, что полностью удовлетворяет требованиям управления таким оборудованием, как станки и конвейеры. С другой стороны, хотя двигатели постоянного тока обладают развитыми характеристиками регулирования скорости, они должны быть оснащены сложными системами управления возбуждением. В мощных приложениях (более 1000 кВт) их объем и масса значительно больше, чем у двигателей переменного тока, что значительно увеличивает сложность монтажа, эксплуатации и обслуживания.

Наконец, адаптивность и безопасность электросети заложили основу для применения. Промышленные электросети обычно используют трёхфазный переменный ток для питания, и двигатели переменного тока могут быть напрямую подключены к электросети для работы без дополнительного выпрямительного оборудования, что снижает потери и точки отказа в процессе преобразования электроэнергии. В отличие от этого, двигателям постоянного тока необходимо преобразовывать переменный ток в постоянный с помощью выпрямителей, что не только увеличивает стоимость оборудования, но и может вызывать гармонические искажения и влиять на стабильность электросети. Кроме того, пусковой ток двигателей переменного тока можно контролировать на уровне 2–3 номинальных токов с помощью устройств плавного пуска, избегая влияния на электросеть. Однако прямой пусковой ток двигателей постоянного тока может достигать 5–8 номинальных значений, что может вызвать колебания напряжения электросети и помешать работе другого оборудования.

В заключение следует отметить, что комплексные преимущества двигателей переменного тока с точки зрения надежности, стоимости, технологии регулирования скорости и адаптивности к электросети делают их предпочтительным приводным оборудованием в сфере промышленного производства. Двигатели постоянного тока, в свою очередь, применяются преимущественно в особых случаях, требующих исключительно высокой точности регулирования скорости и малой мощности (например, в прецизионных приборах и небольших роботах). С развитием новых технологий двигателей переменного тока, таких как синхронные двигатели с постоянными магнитами, область их применения будет расширяться, что будет способствовать постоянному повышению уровня промышленной автоматизации.