Почему асинхронные двигатели так распространены, в чём их сила и есть ли достойная замена

Посмотрите вокруг. Вентилятор, охлаждающий компьютер, стиральная машина на отжиме, заводской конвейер - всё это приводится в движение одним и тем же устройством. Асинхронный двигатель - невидимый труженик современной индустрии.

Но почему именно этот тип моторов занял лидирующее положение? Существуют и другие способы создать вращение: двигатели постоянного тока, синхронные машины. Давайте разберёмся по порядку.

В чём заключаются преимущества?

Представьте механизм, который должен работать годами в пыли, при высокой влажности или температуре, не требуя постоянного внимания. Асинхронный двигатель конструктивно прост и исключительно надёжен.

1. Простая и живучая конструкция
   Главное достоинство - отсутствие щёток и коллектора, которые быстро изнашиваются. Ротор такого двигателя представляет собой короткозамкнутую «беличью клетку» - цельную металлическую деталь. Здесь нечему искрить и нечему тереться, кроме подшипников. А подшипники меняют раз в несколько лет, сам же мотор работает до тех пор, пока не исчерпает свой механический ресурс.
2. Низкая стоимость
   Благодаря простоте сборки и отказу от дорогих материалов (например, редкоземельных магнитов) эти двигатели очень дёшевы в производстве. Это самый массовый и доступный тип электромоторов в мире. Если задача - просто обеспечить вращение вала, нет смысла переплачивать.
3. Неприхотливость к питающей сети
   Асинхронные двигатели уверенно запускаются от стандартной сети 220 В или 380 В. Им не требуется сложная электронная система управления для начала работы. В отличие от синхронных машин, они терпимо относятся к кратковременным перегрузкам: при небольшом снижении оборотов они продолжают развивать вращающий момент.

Есть ли у них слабые стороны?

Да, иначе не существовало бы альтернатив. Самый заметный недостаток - повышенное потребление электроэнергии. Асинхронные двигатели плохо поддаются плавной регулировке скорости без использования частотных преобразователей. Кроме того, на холостом ходу они потребляют почти столько же тока, сколько и под нагрузкой.

Ещё одна проблема - реактивная мощность. Это часть электрической энергии, которая не совершает полезной работы, но нагревает обмотки и перегружает сеть. На крупных предприятиях энергослужбы постоянно борются с этим явлением.

Существуют ли альтернативы?

Да, и в некоторых областях они успешно вытесняют асинхронные машины.

Синхронные двигатели с постоянными магнитами

Это высокоэффективные устройства. Они компактнее, тише и экономичнее - выигрыш в энергии может достигать 15–20%. Именно такие моторы ставят на современные электромобили (например, Tesla) и прецизионные станки. Однако им мешает высокая цена: неодимовые магниты дороги, а сам двигатель требует сложного электронного управления (инвертора).

Коллекторные двигатели постоянного тока

Это двигатели со щётками. Их плюсы - низкая стоимость и очень высокий пусковой момент. Вспомните перфоратор или автомобильный стартер: резко, мощно, но с искрением. Срок их службы ограничен износом щёток (обычно несколько тысяч часов). Для промышленного насоса, который должен работать без остановки годами, такой вариант не подходит.

Вентильно-индукторные двигатели

Достаточно экзотичная конструкция, которая набирает популярность. Они почти так же просты, как асинхронные, но выдают больший момент. Тем не менее, они создают сильный шум, а управление ими требует сложных математических алгоритмов.

Что в итоге

Широкая распространённость асинхронных двигателей объясняется тремя факторами: низкая стоимость, долговечность и нетребовательность к условиям эксплуатации.

Если бюджет ограничен, а устройство должно работать в тяжёлых условиях годами - выбирают асинхронный мотор. Если же речь идёт о космическом аппарате, электромобиле или высокоточном станке, где важны масса и каждый ватт энергии, присматриваются к синхронным двигателям на магнитах или вентильно-индукторным.

Полного замещения асинхронных двигателей пока не произошло. Они остаются основной движущей силой для подавляющего большинства промышленных механизмов. И до тех пор, пока медь с алюминием заметно дешевле редкоземельных магнитов, ситуация вряд ли изменится.