Основное содержание, необходимое для выбора двигателя, включает тип приводимой нагрузки, номинальную мощность, номинальное напряжение, номинальную скорость и другие условия.
1. Тип приводимой нагрузки
Это надо сказать в свою очередь из характеристик мотора. Двигатели можно просто разделить на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока, а двигатели переменного тока дополнительно подразделить на синхронные двигатели и асинхронные двигатели.
1.1 Двигатель постоянного тока
Преимущество двигателя постоянного тока заключается в том, что он позволяет легко регулировать скорость путем изменения напряжения и обеспечивает больший крутящий момент. Он подходит для нагрузок, требующих частой регулировки скорости, таких как прокатные станы на металлургических заводах, подъемники в шахтах и т. д. Однако с развитием технологии частотного преобразователя двигатели переменного тока также могут регулировать скорость путем изменения частоты. Тем не менее, хотя цена двигателя с частотным преобразователем не намного выше, чем у обычного двигателя, стоимость преобразователя частоты составляет основную часть стоимости всего комплекта оборудования, поэтому еще одним преимуществом двигателя постоянного тока является его низкая стоимость.
Недостатком двигателей постоянного тока является сложная конструкция. Поскольку любое оборудование имеет сложную конструкцию, это неизбежно приводит к увеличению частоты отказов. По сравнению с двигателями переменного тока двигатели постоянного тока имеют более сложные обмотки (обмотки возбуждения, коммутационные полюсные обмотки, компенсационные обмотки и обмотки якоря), а также добавляют контактные кольца, щетки и коллекторы. Мало того, что он предъявляет высокие требования к мастерству производителя, но и стоимость последующего обслуживания относительно высока. Таким образом, в промышленных приложениях двигатели постоянного тока находятся в затруднительном положении, когда они постепенно приходят в упадок, но все еще полезны на переходном этапе. Если у пользователя достаточно средств, рекомендуется выбрать решение с двигателем переменного тока с преобразователем частоты. В конце концов, использование преобразователя частоты также может принести много пользы.
1.2. Асинхронный двигатель
Преимуществами асинхронных двигателей являются простота конструкции, стабильная работа, удобство обслуживания и низкая цена. И процесс изготовления тоже самый простой. Однажды я слышал, как старый техник в мастерской сказал, что человеко-часы, необходимые для сборки двигателя постоянного тока, могут собрать два синхронных двигателя или четыре асинхронных двигателя одинаковой мощности, что очевидно. Поэтому асинхронные двигатели получили наибольшее распространение в промышленности.
Асинхронные двигатели делятся на двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с обмоткой, разница заключается в роторе. Роторы двигателей с короткозамкнутым ротором изготовлены из металлических полос, медных или алюминиевых. Цена на алюминий относительно низкая, а моя страна является большой страной алюминиевых рудников, поэтому он широко используется в случаях с низкими требованиями. Однако механические свойства и электропроводность меди лучше, чем у алюминия. Большинство роторов, с которыми я имел дело, были медными. После того, как короткозамкнутый двигатель решает проблему обрыва рядов в технике, его надежность намного превышает надежность двигателя с обмоткой ротора. Недостатком является то, что металлический ротор перерезает линию магнитной индукции во вращающемся магнитном поле статора для получения малого крутящего момента, а пусковой ток велик, что затруднительно для нагрузок, требующих большого пускового крутящего момента. Хотя больший крутящий момент можно получить, увеличив длину сердечника двигателя, мощность очень ограничена. Когда двигатель с обмоткой запускается, токосъемное кольцо используется для возбуждения обмотки ротора для формирования магнитного поля ротора, которое перемещается относительно магнитного поля вращающегося статора, поэтому крутящий момент больше. Водонепроницаемость подключается последовательно для уменьшения пускового тока в процессе запуска, а водостойкость контролируется зрелым электронным устройством управления для изменения значения сопротивления в процессе запуска. Подходит для таких нагрузок, как прокатные станы и подъемники. По сравнению с двигателем с короткозамкнутым ротором, асинхронный двигатель с проволочной обмоткой имеет дополнительные токосъемные кольца и водяные сопротивления, поэтому общая стоимость оборудования в определенной степени увеличилась. По сравнению с двигателями постоянного тока диапазон скоростей уже, а крутящий момент относительно мал, и соответствующее значение также ниже.
Однако, поскольку асинхронный двигатель возбуждает обмотку статора для создания вращающегося магнитного поля, а обмотка представляет собой индуктивный элемент, который не выполняет работу, ему необходимо поглощать реактивную мощность из сети, что оказывает большое влияние на сеть. Интуитивно почувствуйте, что когда мощные индуктивные приборы подключаются к электросети, напряжение в электросети падает, и яркость света сразу же уменьшается. Поэтому бюро электроснабжения ограничит использование асинхронных двигателей, что также должны учитывать многие заводы. Некоторые крупные потребители электроэнергии, такие как сталелитейные и алюминиевые заводы, предпочитают строить свои собственные электростанции, чтобы сформировать свои собственные независимые электрические сети, чтобы уменьшить ограничения на использование асинхронных двигателей. Поэтому, если асинхронный двигатель необходимо использовать для нагрузок большой мощности, его необходимо оснастить устройством компенсации реактивной мощности, тогда как синхронный двигатель может отдавать реактивную мощность в сеть через устройство возбуждения. Чем больше мощность, тем очевиднее преимущества синхронных двигателей, тем самым создавая ступень синхронных двигателей.
1.3. Синхронный двигатель
К преимуществам синхронных двигателей относятся компенсация реактивной мощности в перевозбужденном состоянии, а также 1) скорость синхронных двигателей строго соблюдается при n=60f/p, что позволяет точно регулировать скорость; 2) высокая стабильность работы. Когда напряжение сети внезапно падает, его система возбуждения, как правило, вызывает возбуждение для обеспечения стабильной работы двигателя, в то время как крутящий момент асинхронного двигателя (пропорциональный квадрату напряжения) значительно падает; 3) Перегрузочная способность больше, чем у соответствующего асинхронного двигателя; 4) Высокая эффективность работы, особенно для низкоскоростных синхронных двигателей.
Синхронные двигатели не могут быть запущены напрямую и требуют асинхронного запуска или запуска с переменной частотой. Асинхронный пуск означает, что синхронный двигатель оснащен пусковой обмоткой, аналогичной короткозамкнутой обмотке асинхронного двигателя на роторе, а дополнительное сопротивление, примерно в 10 раз превышающее значение сопротивления обмотки возбуждения, последовательно включено в цепь возбуждения, образуя замкнутая цепь, а статор синхронного двигателя напрямую подключен к электросети, так что он запускается как асинхронный двигатель, и когда скорость достигает субсинхронной скорости (95%), пусковой метод отключения дополнительное сопротивление; запуск преобразования частоты не повторяется. Так что одним из недостатков синхронных двигателей является необходимость добавления дополнительного оборудования для пуска.
Синхронный двигатель работает от тока возбуждения. Если возбуждения нет, двигатель асинхронный. Возбуждение представляет собой систему постоянного тока, приложенную к ротору. Его скорость вращения и полярность соответствуют скорости статора. Если есть проблема с возбуждением, двигатель потеряет свой шаг и не сможет быть отрегулирован. Это вызовет срабатывание защиты «сбой возбуждения» двигателя. Следовательно, вторым недостатком синхронного двигателя является необходимость увеличения устройства возбуждения, которое в прошлом напрямую питалось от машины постоянного тока, а теперь в основном питается от тиристорного выпрямителя. Как гласит старая поговорка, чем сложнее конструкция и больше оборудования, тем больше точек отказа и выше частота отказов.
Согласно рабочим характеристикам синхронных двигателей, их применение в основном связано с такими нагрузками, как подъемники, мельницы, вентиляторы, компрессоры, прокатные станы и водяные насосы.
Подводя итог, можно сказать, что принцип выбора двигателя заключается в выборе двигателя с простой конструкцией, низкой ценой, надежной работой и удобным обслуживанием, исходя из того, что характеристики двигателя соответствуют требованиям производственного оборудования. В этом отношении двигатели переменного тока превосходят двигатели постоянного тока, асинхронные двигатели переменного тока превосходят синхронные двигатели переменного тока, а асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором превосходят асинхронные двигатели с обмоткой.
Для производственных машин со стабильной нагрузкой и отсутствием особых требований к пуску и торможению, длительной эксплуатации производственных машин желательно использовать обычные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которые широко применяются в машинах, водяных насосах, вентиляторах и т. д.
Асинхронные двигатели с обмоткой следует использовать для производственных машин, которые часто запускаются и тормозят и требуют относительно больших пусковых и тормозных моментов, таких как мостовые краны, шахтные подъемники, воздушные компрессоры и нереверсивные прокатные станы.
Синхронные двигатели следует использовать в тех случаях, когда не требуется регулирование скорости, требуется постоянная скорость или требуется улучшение коэффициента мощности, например, водяные насосы средней и большой мощности, воздушные компрессоры, подъемники, мельницы и т. д.
Диапазон регулирования скорости должен быть выше 1:3, а производственное оборудование, требующее непрерывного, стабильного и плавного регулирования скорости, должно использовать двигатели постоянного тока с независимым возбуждением, асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором или синхронные двигатели с регулированием скорости с преобразованием частоты, такие как станки большой точности, портальные строгальные станки, прокатные станы, элеваторы и т. д.
Для производственного оборудования, требующего большого пускового момента и мягких механических характеристик, используйте двигатели постоянного тока с последовательным или составным возбуждением, такие как трамваи, электровозы и тяжелые краны.
2. Номинальная мощность
Номинальная мощность двигателя относится к выходной мощности, то есть мощности на валу, также известной как мощность, которая является символическим параметром двигателя. Это наиболее важный показатель для количественной оценки способности двигателя тянуть нагрузку, а также требование к параметру, которое необходимо учитывать при выборе двигателя.
Принцип правильного выбора мощности двигателя заключается в том, чтобы определить мощность двигателя наиболее экономичным и разумным образом, исходя из того, что двигатель способен создавать требуемую механическую нагрузку. Если мощность выбрана слишком большой, инвестиции в оборудование увеличатся, что приведет к потерям, а двигатель часто будет недогружен, а КПД и коэффициент мощности двигателя переменного тока будут низкими; наоборот, если мощность выбрана слишком маленькой, двигатель будет перегружен, что приведет к его преждевременному выходу из строя.
Есть три фактора, которые определяют основную мощность мотора:
1) Нагрев и повышение температуры двигателя, что является важнейшим фактором, определяющим мощность двигателя;
2) возможность кратковременной перегрузки;
3) Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором также следует учитывать пусковую способность.
Сначала конкретное производственное оборудование рассчитывает и выбирает мощность нагрузки в соответствии с его тепловыделением, повышением температуры и требованиями к нагрузке, а затем предварительно выбирает номинальную мощность двигателя в соответствии с мощностью нагрузки, режимом работы и требованиями к перегрузке. После предварительного выбора номинальной мощности двигателя необходимо проверить тепловыделение, перегрузочную способность и, при необходимости, пусковую способность. Если один из них не соответствует требованиям, необходимо повторно выбрать двигатель и снова проверить его, пока все элементы не будут квалифицированы. Следовательно, работающая система также является одним из требований, которые должны быть обеспечены. Если требований нет, по умолчанию они будут обрабатываться в соответствии с самой обычной рабочей системой S1; двигатели с требованиями к перегрузке также должны обеспечивать кратность перегрузки и соответствующее время работы; асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором приводят в движение вентиляторы и другие большие вращения. Для инерционных нагрузок также необходимо привести момент инерции нагрузки и график пускового момента сопротивления для проверки пусковой способности.
Приведенный выше выбор номинальной мощности осуществляется исходя из того, что стандартная температура окружающей среды составляет 40°C. Если температура окружающей среды двигателя изменяется, номинальная мощность двигателя должна быть скорректирована. Согласно теоретическим расчетам и практике, при различной температуре окружающей среды мощность двигателя может быть увеличена или уменьшена примерно в соответствии с приведенной ниже таблицей.
Поэтому районы с суровым климатом также нуждаются в обеспечении температуры окружающей среды. Например, в Индии температура окружающей среды должна быть откалибрована на уровне 50°C. Кроме того, большая высота также влияет на мощность мотора. Чем выше высота над уровнем моря, тем больше нагрев двигателя и тем ниже выходная мощность. И двигатели, используемые на больших высотах, также должны учитывать влияние явления короны.
3. Номинальное напряжение
Номинальное напряжение двигателя относится к линейному напряжению в номинальном рабочем режиме.
Выбор номинального напряжения двигателя зависит от напряжения питания энергосистемы предприятия и величины мощности двигателя.
Выбор уровня напряжения двигателя переменного тока в основном определяется уровнем напряжения источника питания в месте использования. Как правило, сеть низкого напряжения составляет 380 В, поэтому номинальное напряжение составляет 380 В (соединение Y или △), 220/380 В (соединение △/Y) и 380/660 В (соединение △/Y). Когда мощность низковольтного двигателя увеличивается до определенного уровня (например, 300 кВт/380 В), ток ограничивается несущей способностью провода, поэтому его трудно увеличить или стоимость слишком высока. . Необходимо добиться высокой выходной мощности за счет увеличения напряжения. Напряжение питания высоковольтной сети обычно составляет 6000 В или 10000 3300 В, а в зарубежных странах также существуют уровни напряжения 6600 В, 11000 В и XNUMX XNUMX В. Преимущества высоковольтных двигателей: высокая мощность и высокая ударопрочность; недостатками являются большая инерционность и сложность запуска и торможения.
Номинальное напряжение двигателя постоянного тока также должно соответствовать напряжению источника питания. Обычно 110В, 220В и 440В. Среди них 220 В является обычным уровнем напряжения, а мощность двигателя может быть увеличена до 600-1000 В. Когда источник питания переменного тока составляет 380 В и для питания используется схема трехфазного мостового тиристорного выпрямителя, номинальное напряжение двигателя постоянного тока должно быть 440 В. Когда для питания используется трехфазный полуволновой тиристорный выпрямитель, номинальное напряжение двигателя постоянного тока должно быть 220В.
4. Номинальная скорость
Номинальная скорость двигателя относится к скорости в номинальном рабочем режиме.
И двигатель, и рабочие механизмы, приводимые им в движение, имеют свою номинальную скорость. При выборе скорости двигателя следует учитывать, что скорость не следует выбирать слишком низкой, потому что чем ниже номинальная скорость двигателя, тем больше полюсов, больше объем и выше цена; в то же время скорость двигателя не следует выбирать слишком высокой, так как это сделало бы приводной механизм чрезмерно сложным и трудным в обслуживании.
Кроме того, когда мощность постоянна, крутящий момент двигателя обратно пропорционален скорости.
Таким образом, те, у кого нет высоких требований к пуску и торможению, могут провести всестороннее сравнение с несколькими различными номинальными скоростями с точки зрения первоначальных инвестиций в оборудование, занимаемой площади и затрат на техническое обслуживание и, наконец, определить номинальную скорость; Однако, если продолжительность переходного процесса мало влияет на производительность, помимо учета первоначальных вложений, передаточное отношение и номинальная скорость двигателя в основном выбираются исходя из условия, что потери переходного процесса минимальны. . Например, двигатель лебедки требует частого вращения вперед и назад и большого крутящего момента, но скорость очень низкая. Мотор громоздкий и дорогой.
Когда скорость двигателя высока, необходимо также учитывать критическую скорость двигателя. Ротор двигателя будет вибрировать во время работы. Амплитуда ротора увеличивается с увеличением скорости. Постепенно снижаясь и стабилизируясь в определенном диапазоне, скорость, при которой амплитуда ротора наибольшая, называется критической скоростью ротора. Эта скорость вращения равна собственной частоте ротора. Когда скорость продолжает увеличиваться, амплитуда снова увеличится, когда она будет близка к 2-кратной собственной частоте. Когда скорость равна удвоенной собственной частоте, ее называют критической скоростью второго порядка, и по аналогии существуют критические скорости третьего и четвертого порядка. Если ротор вращается с критической скоростью, он будет сильно вибрировать, и кривизна вала значительно увеличится. Длительная эксплуатация также вызовет серьезную изгибную деформацию вала или даже его поломку. Критическая скорость двигателя первого порядка обычно выше 2 об/мин, поэтому обычные низкоскоростные двигатели обычно не учитывают влияние критической скорости. И наоборот, для 1500-полюсного высокоскоростного двигателя с номинальной скоростью, близкой к 2 об/мин, этот эффект необходимо учитывать, и двигатель не должен использоваться в критическом диапазоне скоростей в течение длительного времени.
Вообще говоря, двигатель можно приблизительно определить, указав тип приводимой нагрузки, номинальную мощность, номинальное напряжение и номинальную скорость двигателя. Но этих основных параметров недостаточно для оптимального выполнения требований по нагрузке. Параметры, которые необходимо предоставить, включают частоту, рабочую систему, требования к перегрузке, уровень изоляции, уровень защиты, момент инерции, кривую момента сопротивления нагрузки, способ установки, температуру окружающей среды, высоту над уровнем моря, требования к наружной среде и т. д. в соответствии с конкретными условиями. .
