Выбор правильного двигателя: Шаги и принципы | MachineMFG

Выбор правильного двигателя: Шаги и принципы

0
(0)

I. Тип приводимой в движение нагрузки

Изложение следует вести в обратном порядке, начиная с типов двигателей.

Двигатели можно разделить на две основные категории: Двигатель постоянного тока и двигатель переменного тока. Двигатели переменного тока можно разделить на два типа: синхронные и асинхронные.

1. Двигатель постоянного тока

Преимуществом двигателя постоянного тока является возможность легко регулировать скорость путем изменения напряжения, что обеспечивает больший крутящий момент и делает его подходящим для нагрузок, требующих частой регулировки скорости, таких как станы на металлургических заводах и подъемники в шахтах.

Однако с развитием технологии преобразования частоты двигатели переменного тока теперь также могут регулировать скорость путем изменения частоты. Хотя стоимость двигателя с переменной частотой не намного выше, чем у традиционного двигателя, она все равно составляет значительную часть общей стоимости оборудования, что дает двигателям постоянного тока преимущество в экономичности.

Основной недостаток двигателя постоянного тока заключается в его сложной конструкции, что повышает вероятность отказов. Двигатели постоянного тока имеют сложные обмотки, такие как обмотка возбуждения, обмотка полюсов коммутации, компенсационная обмотка и обмотка якоря, а также дополнительные компоненты, такие как контактные кольца, щетки и коммутаторы. Это приводит к высоким требованиям к производству и относительно высоким затратам на обслуживание.

В результате двигатели постоянного тока находятся в состоянии упадка в промышленном применении, но все еще занимают место на переходном этапе. Если пользователь располагает достаточными средствами, рекомендуется выбрать схему двигателя переменного тока с преобразователь частотыВедь он приносит много пользы.

2. Асинхронный двигатель

К преимуществам асинхронных двигателей относятся простота конструкции, стабильность работы, простота обслуживания и низкая стоимость.

Кроме того, процесс производства прост. По словам старого техника в мастерской, за те человеко-часы, которые требуются для сборки двигателя постоянного тока, можно собрать два синхронных или четыре асинхронных двигателя аналогичной мощности. Именно поэтому асинхронные двигатели широко используются в промышленности.

Асинхронные двигатели делятся на двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с обмоткой, основное отличие которых заключается в роторе. Ротор двигателя с короткозамкнутым ротором изготавливается из металлических полос, например, из меди или алюминия.

Алюминий относительно дешев и широко используется в маловостребованных сферах, поскольку Китай является крупной страной по добыче алюминия.

Медь, с другой стороны, обладает лучшими механическими и электрическими свойствами и чаще используется в роторах. После того как в технологии была решена проблема разрушения рядов, надежность двигателей с короткозамкнутым ротором значительно повысилась и теперь превосходит надежность двигателей с намотанным ротором.

Однако двигатели с короткозамкнутым ротором имеют низкий выходной крутящий момент и большой пусковой ток, что делает их непригодными для нагрузок, требующих высокого пускового момента. Увеличение длины сердечника двигателя может повысить крутящий момент, но это увеличение ограничено.

С другой стороны, в двигателях с обмоткой ротора через контактные кольца создается магнитное поле ротора, которое перемещается относительно вращающегося магнитного поля статора, что приводит к увеличению крутящего момента.

Для снижения пускового тока в процессе запуска последовательно подключается сопротивление воды, а величина сопротивления регулируется электрическим устройством управления. Двигатели с обмоткой подходят для таких применений, как прокатные станы и подъемники.

По сравнению с двигателями с короткозамкнутым ротором, асинхронные двигатели с намотанной обмоткой имеют дополнительные компоненты, такие как контактные кольца, сопротивление воды и электрическое сопротивление, что приводит к увеличению общей стоимости оборудования. Асинхронные двигатели также имеют относительно узкий диапазон регулирования скорости и низкий крутящий момент по сравнению с двигателями постоянного тока.

Однако они оказывают значительное влияние на электросеть, поскольку требуют реактивной мощности от сети для питания обмотки статора, которая является индуктивным элементом. Это проявляется в падении напряжения в сети и снижении яркости света при подключении к сети мощных индуктивных приборов.

Чтобы смягчить это воздействие, бюро электроснабжения могут ограничить использование асинхронных двигателей. Некоторые крупные потребители электроэнергии, такие как сталелитейные и алюминиевые заводы, имеют собственные электростанции, чтобы сформировать независимые энергосистемы и снизить ограничения на использование асинхронных двигателей.

Асинхронные двигатели нуждаются в устройствах компенсации реактивной мощности для удовлетворения требований мощных нагрузок, в то время как синхронные двигатели могут передавать реактивную мощность в сеть через устройства возбуждения. Чем больше мощность, тем более выражены преимущества синхронных двигателей, что приводит к переходу к использованию синхронных двигателей.

3. Синхронный двигатель

К преимуществам синхронных двигателей относится их способность компенсировать реактивную мощность при перевозбуждении, а также следующее:

  • Точное управление скоростью, так как скорость синхронного двигателя строго соответствует n = 60f/p.
  • Высокая стабильность работы. В случае внезапного падения напряжения в сети система возбуждения синхронного двигателя, как правило, принудительно возбуждает его для поддержания стабильности, в то время как крутящий момент асинхронного двигателя (пропорциональный квадрату напряжения) значительно снизится.
  • Более высокая перегрузочная способность по сравнению с соответствующими асинхронными двигателями.
  • Высокая эффективность, особенно для низкоскоростных синхронных двигателей.

Однако синхронные двигатели не могут запускаться напрямую и требуют применения асинхронных или частотно-регулируемых методов запуска. Асинхронный пуск предполагает установку на ротор синхронного двигателя пусковой обмотки, аналогичной обмотке сепаратора асинхронного двигателя, и подключение дополнительного сопротивления (примерно в 10 раз больше сопротивления обмотки возбуждения) в цепь возбуждения для образования замкнутого контура. Как только скорость достигает подсинхронной скорости (95%), дополнительное сопротивление отключается. Пуск с переменной частотой не описывается.

Для работы синхронных двигателей необходим ток возбуждения, без которого двигатель становится асинхронным. Возбуждение - это система постоянного тока, подаваемого на ротор, скорость и полярность вращения которого синхронизированы со статором. Если с возбуждением возникают проблемы, двигатель выходит из синхронизации и не может быть отрегулирован, что приводит к срабатыванию защиты "неисправность возбуждения".

Добавление устройств возбуждения - второй недостаток синхронных двигателей. В прошлом возбуждение подавалось непосредственно от машин постоянного тока, но сейчас оно в основном подается через выпрямители с кремниевым управлением. Чем сложнее конструкция и оборудование, тем больше точек отказа и выше процент отказов.

Синхронные двигатели в основном используются в таких устройствах, как подъемники, мельницы, вентиляторы, компрессоры, прокатные станы и водяные насосы. Принцип выбора двигателя заключается в том, чтобы отдать предпочтение двигателям с простой конструкцией, низкой ценой, надежной работой и удобным обслуживанием, при условии, что характеристики двигателя соответствуют требованиям производственного оборудования.

В этом отношении двигатели переменного тока лучше двигателей постоянного тока, асинхронные двигатели переменного тока лучше синхронных двигателей переменного тока, а асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором лучше асинхронных двигателей с рамой. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором предпочтительны для производственного оборудования непрерывного действия со стабильной нагрузкой и без особых требований к запуску и торможению, и широко используются в машинах, водяных насосах и вентиляторах. Асинхронные двигатели с обмотками рекомендуются для производственного оборудования с частыми пусками и торможениями, требующего больших пусковых и тормозных моментов, такого как мостовые краны, шахтные подъемники, воздушные компрессоры и необратимые прокатные станы.

Синхронные двигатели идеально подходят для применения в системах, где не требуется регулировка скорости, постоянная скорость или улучшение коэффициента мощности, например, в водяных насосах средней и большой мощности, воздушных компрессорах, подъемниках и мельницах.

Для производственного оборудования с диапазоном регулирования скорости более 1:3, требующего непрерывного, стабильного и плавного регулирования скорости, рекомендуется использовать двигатели постоянного тока с раздельным возбуждением, асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором или синхронные двигатели с частотно-регулируемой скоростью, такие как крупные прецизионные станки, портальные строгальные станки, сталепрокатные станы и подъемники.

В производственном оборудовании, требующем большого пускового момента и мягких механических характеристик, следует использовать двигатели постоянного тока с последовательным или комбинированным возбуждением, например, в трамваях, электровозах и тяжелых кранах.

II. Номинальная мощность

Номинальная мощность двигателя - это его выходная мощность, также известная как мощность на валу или мощность. Это ключевой параметр, определяющий мощность двигателя при движущей нагрузке, и его необходимо учитывать при выборе двигателя. Другие важные факторы при выборе двигателя включают номинальное напряжение, номинальный ток, коэффициент мощности (cos θ) и КПД (η).

Цель правильного выбора мощности двигателя - определить мощность двигателя экономичным и разумным образом, чтобы он мог удовлетворить требования к нагрузке производственного оборудования. Если мощность слишком велика, увеличиваются инвестиции в оборудование, что приводит к расточительству, низкому КПД и коэффициенту мощности двигателя переменного тока. С другой стороны, если мощность слишком мала, двигатель будет перегреваться и преждевременно выходить из строя.

Основные факторы, определяющие мощность двигателя, включают:

  • Нагрев и повышение температуры двигателя,
  • Допустимая кратковременная перегрузка, и
  • Пусковая способность асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Для выбора номинальной мощности сначала рассчитывается мощность нагрузки на основе данных о нагреве оборудования, повышении температуры и требованиях к нагрузке. Затем предварительно выбирается номинальная мощность на основе мощности нагрузки, рабочей системы и требований к перегрузке. Нагрев, перегрузочная способность и пусковая мощность должны быть проверены, чтобы убедиться в их соответствии требованиям.

В противном случае необходимо повторно выбрать двигатель, пока все критерии не будут удовлетворены. Система работы также является обязательным фактором, причем по умолчанию принимается обычная система работы S1, если она не указана. Двигатели с требованиями к перегрузке также должны обеспечивать кратную перегрузку и соответствующее время работы.

Если асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором приводит в действие вентилятор или другую нагрузку с большим моментом инерции, для проверки пусковой способности необходимо предоставить момент инерции нагрузки и кривую момента пускового сопротивления.

При выборе номинальной мощности предполагается, что стандартная температура окружающей среды составляет 40 ℃. Если температура окружающей среды изменится, номинальную мощность необходимо скорректировать. Температуру окружающей среды следует проверять в районах с экстремальными погодными условиями, например, в Индии, где температура окружающей среды может достигать 50 ℃.

Большая высота над уровнем моря также может повлиять на мощность двигателя: при большей высоте над уровнем моря мощность двигателя будет выше. повышение температуры двигателя и меньшей выходной мощности. Явление короны также следует учитывать при использовании двигателей на большой высоте над уровнем моря.

Для справки, ниже приведены примеры диапазонов мощности двигателей, представленных на современном рынке:

  • Двигатель постоянного тока: ZD9350 (мельница) 9350 кВт
  • Асинхронный двигатель: YGF1120-4 с короткозамкнутым ротором (вентилятор доменной печи) 28000 кВт
  • Тип обмотки yrkk1000-6 (сырьевая мельница) 7400 кВт
  • Синхронный двигатель: TWS36000-4 (вентилятор доменной печи) 36000 кВт (испытательный блок достигает 40000 кВт)

III. Номинальное напряжение

Номинальное напряжение двигателя - это напряжение сети в номинальных рабочих условиях.

Выбор номинального напряжения двигателя зависит от напряжения питания энергосистемы и мощности двигателя.

Выбор уровня напряжения для двигателя переменного тока в первую очередь зависит от уровня напряжения в электросети в месте использования.

Как правило, низковольтная сеть работает при напряжении 380 В, поэтому номинальное напряжение может быть 380 В (Y- или Δ-соединение), 220/380 В (Δ/Y-соединение) или 380/660 В (Δ/Y-соединение).

Когда мощность низковольтного двигателя достигает определенного уровня (например, 300 кВт/380 В), увеличить ток становится сложно из-за ограничений по несущей способности проводника, либо это становится слишком дорогостоящим.

Повышение выходной мощности достигается за счет увеличения напряжения.

Напряжение питания высоковольтных электросетей обычно составляет 6000 В или 10000 В, хотя в других странах используются также напряжения 3300 В, 6600 В и 11000 В.

Преимуществом высоковольтных двигателей является высокая мощность и высокая ударопрочность, но их недостатком - большая инерция и сложность запуска и остановки.

Номинальное напряжение двигателя постоянного тока также должно соответствовать напряжению источника питания.

Обычные уровни напряжения для двигателей постоянного тока - 110 В, 220 В и 440 В.

Чаще всего используется напряжение 220 В, а для мощных двигателей оно может быть увеличено до 600-1000 В.

Если напряжение питания переменного тока составляет 380 В и для питания используется трехфазная мостовая схема кремниевого выпрямителя, номинальное напряжение двигателя постоянного тока должно составлять 440 В.

Если для питания используется трехфазный полуволновой выпрямитель с кремниевым управлением, номинальное напряжение двигателя постоянного тока должно составлять 220 В.

IV. Номинальная скорость

Номинальная скорость двигателя - это скорость, с которой он работает в нормальных условиях. Номинальная скорость есть как у двигателя, так и у приводимого им в движение оборудования.

При выборе скорости вращения двигателя важно помнить, что она не должна быть слишком низкой, так как это приведет к увеличению размера двигателя с большим количеством ступеней и более высокой цене. С другой стороны, скорость не должна быть слишком высокой, так как это может усложнить механизм передачи и сделать его сложным в обслуживании.

Важно также отметить, что при постоянной мощности крутящий момент двигателя обратно пропорционален скорости. Таким образом, те, кто не предъявляет высоких требований к запуску и торможению, могут сравнить различные номинальные скорости с точки зрения первоначальных инвестиций, занимаемой площади оборудования и стоимости обслуживания, прежде чем определить идеальную номинальную скорость.

Для приложений, требующих частого запуска, торможения и реверсирования, коэффициент скорости и номинальная скорость двигателя должны выбираться с учетом минимизации потерь во время переходного процесса, а не только с учетом первоначальных инвестиций. Например, двигатели для лифтов требуют частого вращения вперед и назад с высоким крутящим моментом, поэтому они имеют низкую скорость, громоздки и дороги.

При высокой скорости вращения двигателя очень важно учитывать критическую скорость двигателя. Во время работы ротор может вибрировать, и его амплитуда будет увеличиваться с ростом скорости. При определенной скорости амплитуда достигает максимального значения (так называемый резонанс), а при дальнейшем увеличении скорости амплитуда уменьшается и стабилизируется в определенном диапазоне.

Эта скорость с максимальной амплитудой называется критической скоростью ротора и равна его собственная частота. Если ротор работает на критической скорости, это может привести к сильным вибрациям и значительному изгибу вала, что приведет к длительной деформации или даже разрушению.

Как правило, критическая скорость двигателя первого порядка превышает 1500 об/мин, поэтому для обычных низкоскоростных двигателей это не имеет значения. Однако для высокоскоростных двухполюсных двигателей, если номинальная скорость близка к 3000 об/мин, следует учитывать влияние критической скорости и не допускать длительной работы двигателя на критической скорости.

Заверните его

Как правило, характеристики двигателя можно оценить, предоставив информацию о типе нагрузки, которую он будет приводить в движение, его номинальной мощности, напряжении и скорости. Однако этих основных параметров недостаточно для полного соответствия требованиям нагрузки.

Дополнительные параметры, которые необходимо учитывать, включают частоту, рабочую систему, требования к перегрузке, степень изоляции и защиты, момент инерции, кривую момента сопротивления нагрузки, способ установки, температуру окружающей среды, высоту над уровнем моря, требования к внешним условиям и т. д. Эти параметры должны быть указаны в зависимости от конкретного применения.

V. Принципы выбора двигателя

Основными критериями выбора двигателя являются:

  • Тип двигателя, напряжение и частота вращения;
  • Разнообразие типов двигателей;
  • Выбор типа защиты двигателя;
  • Напряжение и скорость вращения двигателя.

Выбор двигателя должен основываться на следующих условиях:

  1. Тип питания двигателя, например, однофазный, трехфазный, постоянный ток и т.д.
  2. Условия эксплуатации двигателя. Имеются ли особенности в среде эксплуатации, такие как влажность, низкая температура, химическая коррозия, пыль и т.д.
  3. Метод работы двигателя. Работает ли он непрерывно, прерывисто или каким-либо другим способом.
  4. Метод сборки двигателя, например, вертикальная сборка, горизонтальная сборка и т.д.
  5. Мощность и скорость двигателя. Мощность и скорость должны соответствовать требованиям нагрузки.
  6. Другие факторы, такие как необходимость регулирования скорости, наличие особых требований к управлению, тип нагрузки и т.д.

1. Выбор типа, напряжения и скорости двигателя

При выборе типа двигателя, напряжения и скорости вращения учитывайте требования передача энергии производственной машины, такие как частота пусков и остановок, необходимость регулирования скорости и т.д., должны быть рассмотрены в первую очередь. Это определит тип тока для двигателя, т. е. выбор двигателя переменного или постоянного тока.

Далее следует выбрать номинальное напряжение двигателя в зависимости от условий электропитания. Затем следует выбрать номинальную частоту вращения, исходя из скорости, требуемой производственной машиной, и требований к передаточному оборудованию.

После этого необходимо определить конструкцию и тип защиты двигателя, исходя из места монтажа двигателя и окружающей среды.

Наконец, номинальная мощность (производительность) двигателя должна определяться мощностью, необходимой производственной машине.

Рассмотрев все эти факторы, выберите из каталога продукции двигатель, отвечающий этим требованиям. Если двигатели, представленные в каталоге, не могут удовлетворить особые требования производственного оборудования, вы можете сделать индивидуальный заказ у производителя двигателей.

2. Выбор типа двигателя

Выбор двигателя рассматривается с точки зрения переменного и постоянного тока, характеристик машины, регулирования скорости и пусковых возможностей, защиты и цены. Поэтому при выборе необходимо соблюдать следующие рекомендации:

(1) Прежде всего, выберите трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Это объясняется его простотой, долговечностью, надежностью, низкой стоимостью и простотой обслуживания. Однако его недостатками являются сложность регулирования скорости, низкий коэффициент мощности, высокий пусковой ток и малый пусковой момент. Поэтому он в основном подходит для общепроизводственных машин и приводов с относительно жесткими характеристиками машины и без особых требований к регулированию скорости, таких как общие станки и производственные машины, например, водяные насосы или вентиляторы мощностью менее 100 кВт.

(2) Цена двигателей с намотанным ротором выше, чем у двигателей с сепаратором.

Однако его характеристики могут быть изменены путем добавления сопротивления к ротору, что позволяет ограничить пусковой ток и увеличить пусковой момент. Поэтому он подходит для ситуаций, когда мощность источника питания мала, мощность двигателя велика или требуется регулировка скорости, например, для некоторых подъемных устройств, лифтов, кузнечные прессы, и перемещение траверсы тяжелых станков.

(3) Если диапазон регулирования скорости менее 1:10 и требуется плавное регулирование скорости, то сначала выбирается двигатель с контактным зацеплением.

Этот двигатель можно разделить на горизонтальный и вертикальный типы в зависимости от положения сборки. Вал горизонтального двигателя монтируется горизонтально, а вал вертикального двигателя монтируется вертикально на большой высоте, поэтому эти два типа двигателей не могут использоваться взаимозаменяемо. При нормальных обстоятельствах горизонтальный двигатель следует выбирать всегда, когда это возможно, а вертикальный двигатель следует рассматривать только в тех случаях, когда требуется вертикальная работа (например, вертикальные глубинные насосы и бурение ), чтобы упростить сборку трансмиссии (потому что она дороже).

3. Выбор типов защиты двигателя

Существует несколько типов защиты двигателей, и выбор подходящего типа должен осуществляться в зависимости от условий эксплуатации. Типы защиты двигателей включают открытую, защитную, закрытую, взрывозащищенную, погружную и некоторые другие. Открытый тип обычно выбирают для повседневных условий из-за его доступности, но он подходит только для сухих и чистых условий.

Для влажной, подверженной коррозии, пыльной, легковоспламеняющейся или коррозионной среды следует выбирать закрытый тип. Если окружающая среда пыльная и вредная для изоляции двигателя, но может быть очищена сжатым воздухом, можно выбрать защитный тип. Для двигателей погружных насосов следует выбирать полностью герметичный тип, чтобы исключить попадание влаги во время работы под водой. В условиях пожаро- или взрывоопасной среды следует выбирать взрывозащищенный тип.

4. Выбор напряжения и скорости двигателя

При выборе двигателя для существующего производственного оборудования в промышленных условиях номинальное напряжение двигателя должно быть эквивалентно распределительному напряжению на заводе. Для новых заводов выбор напряжения для двигателя должен соответствовать выбранному напряжению распределения.

Решение должно быть принято на основе наиболее экономически выгодного варианта после сравнения различных уровней напряжения. В нашей стране стандартом низкого напряжения является 220/380 В, в то время как высокое напряжение в основном составляет 10 Кв. Большинство двигателей небольшой мощности являются высоковольтными, с номинальным напряжением 220/380 В (метод подключения D/Y) и 380/660 В (метод подключения D/Y). Если мощность двигателя превышает примерно 200 кВт, рекомендуется выбирать высоковольтные двигатели 3KV, 6KV или 10KV.

Выбор скорости вращения (номинальной) двигателя должен основываться на требованиях приводимого в движение производственного оборудования и условиях работы трансмиссии. Число оборотов двигателя в минуту обычно включает 3000, 1500, 1000, 750 и 600.

Номинальная скорость асинхронного двигателя обычно на 2% - 5% ниже этих скоростей из-за скольжения. С точки зрения производства, если двигатель той же мощности имеет более высокую номинальную скорость, форма его электромагнитного момента будет меньше, что снижает его стоимость и вес.

Кроме того, высокоскоростные двигатели имеют более высокие коэффициенты мощности и КПД, чем низкоскоростные.

Выбор двигателя с более высокой скоростью вращения более экономичен. Однако если при этом возникает значительная разница в скорости между двигателем и приводимым в движение механизмом, потребуется больше ступеней передачи, повышающих скорость, что увеличивает стоимость оборудования и потребление энергии. Оптимальный выбор должен быть сделан после тщательного сравнения.

В основном мы используем 4-полюсные двигатели со скоростью вращения 1500 об/мин, поскольку эти двигатели имеют широкий спектр применения, а также превосходный коэффициент мощности и эффективность работы.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх