Основными данными, необходимыми для выбора двигателя, являются: тип рабочей нагрузки, номинальная мощность, номинальное напряжение, номинальная скорость и другие условия.
Во-первых, тип нагрузки
Это должно быть обратным от характеристик двигателя. Двигатели можно просто разделить на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока, а двигатели переменного тока далее делятся на синхронные двигатели и асинхронные двигатели.
1. Двигатель постоянного тока
Преимущество двигателя постоянного тока в том, что скорость можно легко регулировать, изменяя напряжение, и он может обеспечить большой крутящий момент. Он подходит для нагрузок, скорость которых необходимо часто регулировать, таких как прокатные станы на сталелитейных заводах, подъемники в шахтах и т. д. Но теперь, с развитием технологии преобразования частоты, двигатель переменного тока также может регулировать скорость путем изменения частоты. Однако, хотя цена частотно-регулируемых двигателей ненамного дороже обычных двигателей, цена преобразователей частоты занимает большую часть всего набора оборудования, поэтому еще одним преимуществом двигателей постоянного тока является их дешевизна.
Недостатком двигателя постоянного тока является сложная конструкция. Пока структура любого устройства сложна, это неизбежно приведет к увеличению частоты отказов. По сравнению с двигателями переменного тока, двигатели постоянного тока не только усложнены обмотками (обмотки возбуждения, коммутации полюсов, компенсационными обмотками, обмотками якоря), но также имеют контактные кольца, щетки и коллекторы. Не только технологические требования производителя высоки, но и стоимость обслуживания в более поздний период также относительно высока. Таким образом, в промышленных приложениях двигатели постоянного тока находятся в затруднительном положении, когда они постепенно приходят в упадок, но все еще имеют место на переходной стадии. Если у пользователя достаточно средств, рекомендуется выбрать решение с двигателем переменного тока с преобразователем частоты. Ведь использование частотного преобразователя также дает много преимуществ, о которых подробно говорить не будем.
2. Асинхронный двигатель
Преимуществами асинхронных двигателей являются простота конструкции, стабильная работа, удобство обслуживания и низкая цена. И процесс изготовления тоже самый простой. Я слышал от старого техника в мастерской, что для сборки двигателя постоянного тока требуется два синхронных двигателя или четыре асинхронных двигателя одинаковой мощности. Поэтому асинхронные двигатели получили наибольшее распространение в промышленности.
Асинхронные двигатели далее делятся на двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с обмоткой, разница заключается в роторе.
Роторы электродвигателей с короткозамкнутым ротором изготовлены из металлических полос, медных или алюминиевых. Цена на алюминий относительно низка, и моя страна является большой страной алюминиевой руды, которая широко используется в случаях с низкими требованиями. Но медь обладает лучшими механическими и электрическими свойствами, чем алюминий, и большинство роторов, с которыми мне приходилось иметь дело, были медными. После того, как двигатель с короткозамкнутым ротором решает проблему отключения в процессе, надежность намного выше, чем у двигателя с обмоткой ротора. Недостатком является то, что крутящий момент, полученный металлическим ротором, пересекающим линии магнитного поля во вращающемся магнитном поле статора, мал, а пусковой ток велик, поэтому трудно справиться с нагрузкой, требующей большого пускового крутящего момента. Хотя больший крутящий момент можно получить за счет увеличения длины сердечника двигателя, мощность очень ограничена. Двигатель обмоточного типа возбуждает обмотку ротора через контактное кольцо, когда он запускается, чтобы сформировать магнитное поле ротора, которое перемещается относительно магнитного поля вращающегося статора, поэтому крутящий момент больше. И в процессе запуска сопротивление воды подключается последовательно, чтобы уменьшить пусковой ток, а сопротивление воды контролируется зрелым электронным устройством управления для изменения значения сопротивления в процессе запуска. Он подходит для таких нагрузок, как прокатные станы и подъемники. По сравнению с двигателем с короткозамкнутым ротором, асинхронный двигатель с обмоткой добавляет контактные кольца, водонепроницаемость и т. д., а общая стоимость оборудования несколько увеличивается. По сравнению с двигателем постоянного тока диапазон регулирования скорости относительно узок, а крутящий момент относительно мал, и соответствующее значение также низкое.
Однако асинхронный двигатель создает вращающееся магнитное поле, потому что обмотка статора находится под напряжением, а обмотка представляет собой индуктивный элемент, который не совершает работу. Он должен поглощать реактивную мощность из энергосистемы, что оказывает большое влияние на энергосистему. Интуитивно понятный опыт, когда мощные индуктивные электроприборы подключены к сети, напряжение сети падает, а яркость освещения уменьшается. Поэтому бюро электроснабжения ограничит использование асинхронных двигателей, что также должны учитывать многие заводы. Некоторые крупные потребители электроэнергии, такие как металлургические и алюминиевые заводы, предпочитают строить свои собственные электростанции, чтобы сформировать свои собственные независимые электрические сети, чтобы уменьшить ограничения на использование асинхронных двигателей. Следовательно, если асинхронному двигателю необходимо использовать мощные нагрузки, он должен быть оснащен устройством компенсации реактивной мощности, в то время как синхронный двигатель может обеспечивать реактивную мощность в сети через устройство возбуждения. Моторная стадия.
3. Синхронный двигатель
Помимо состояния перевозбуждения, которое может компенсировать реактивную мощность, к преимуществам синхронных двигателей относятся: 1) скорость синхронного двигателя строго соответствует n=60f/p, и скорость можно точно контролировать; 2) Стабильность работы высока, когда напряжение в сети внезапно падает, его система возбуждения, как правило, заставит возбуждение обеспечить стабильную работу двигателя, в то время как крутящий момент асинхронного двигателя (пропорциональный квадрату напряжения) упадет. существенно; 3) Перегрузочная способность больше, чем у соответствующего асинхронного двигателя; 4) Высокая эффективность работы, особенно для низкоскоростных синхронных двигателей.
Синхронные двигатели нельзя запустить напрямую, их необходимо запускать асинхронно или 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, включено последовательно в цепь возбуждения, образуя замкнутая цепь, а статор синхронного двигателя подключен напрямую. Электросеть, чтобы он запускался как асинхронный двигатель. Когда скорость достигает субсинхронной скорости (95 процентов), пусковой метод отключает дополнительное сопротивление; запуск преобразования частоты не повторяется. Так что одним из недостатков синхронных двигателей является необходимость добавления дополнительного оборудования для пуска.
Синхронные двигатели работают от тока возбуждения, а если возбуждения нет, то двигатель асинхронный. Возбуждение представляет собой систему постоянного тока, приложенную к ротору, а его скорость вращения и полярность соответствуют статору. Если возникает проблема с возбуждением, двигатель теряет свой шаг и не может быть отрегулирован, вызывая срабатывание защиты «Ошибка возбуждения». Двигатель отключается. Следовательно, второй недостаток синхронного двигателя заключается в том, что ему необходимо увеличить устройство возбуждения, которое в прошлом напрямую питалось от машины постоянного тока, но теперь в основном питается от тиристорного выпрямителя. Как гласит старая поговорка, чем сложнее конструкция и чем 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 том, что исходя из того, что характеристики двигателя соответствуют требованиям производственного оборудования, предпочтение отдается двигателю с простой конструкцией, низкой ценой, надежной работой и удобным обслуживанием. В этом отношении двигатель переменного тока лучше, чем двигатель постоянного тока, асинхронный двигатель переменного тока лучше, чем синхронный двигатель переменного тока, а асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором лучше, чем асинхронный двигатель с обмоткой.
Для производственных машин, имеющих стабильную нагрузку и не требующих особых требований к пуску и торможению, следует отдавать предпочтение обычным асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором, которые широко используются в машинах, водяных насосах, вентиляторах и т. д.
Пуск и торможение происходят часто, и в производственных машинах, требующих большого пускового и тормозного момента, таких как мостовые краны, шахтные подъемники, воздушные компрессоры, нереверсивные прокатные станы и т. д., следует использовать асинхронные двигатели с обмоткой.
Там, где не требуется регулирование скорости, требуется постоянная скорость вращения или требуется улучшение коэффициента мощности, следует использовать синхронные двигатели, такие как водяные насосы средней и большой мощности, воздушные компрессоры, подъемники, мельницы и т. д.
Для производственного оборудования, требующего диапазона регулирования скорости 1:3 или более и требующего непрерывного, стабильного и плавного регулирования скорости, рекомендуется использовать двигатели постоянного тока с независимым возбуждением, асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором или синхронные двигатели с частотным регулированием скорости. такие как большие прецизионные станки, портальные строгальные станки, прокатные станы, подъемники и т. д.
Производственное оборудование, требующее большого пускового момента и мягких механических характеристик, использует двигатели постоянного тока последовательного или составного возбуждения, такие как трамваи, электровозы, тяжелые краны и т. д.
2. Номинальная мощность
Номинальная мощность двигателя относится к выходной мощности, то есть к мощности на валу, также известной как мощность, которая является основным параметром двигателя. Люди часто спрашивают, насколько большой двигатель. Как правило, это относится не к размеру двигателя, а к номинальной мощности. Это наиболее важный показатель для количественной оценки грузоподъемности двигателя, а также требования к параметрам, которые должны быть предоставлены при выборе двигателя.
Принципом правильного выбора мощности двигателя должно быть наиболее экономичное и наиболее разумное решение по мощности двигателя при условии, что двигатель может удовлетворить требования производственной механической нагрузки. Если мощность слишком велика, инвестиции в оборудование увеличатся, что приведет к потерям, а двигатель часто работает под нагрузкой, а КПД и коэффициент мощности двигателя переменного тока низкие; наоборот, если мощность слишком мала, двигатель будет перегружен, что приведет к его преждевременному запуску. наносить ущерб.
Есть три фактора, которые определяют основную мощность мотора:
1) Нагрев и повышение температуры двигателя являются наиболее важными факторами, определяющими мощность двигателя;
2) возможность кратковременной перегрузки;
3) Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором также следует учитывать пусковую способность.
Сначала специальное 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 следует проверить нагрев, перегрузочную способность и, при необходимости, пусковую способность. Если один из них не соответствует требованиям, двигатель необходимо повторно выбрать и проверить снова, пока все элементы не будут квалифицированы. Следовательно, работающая система также является одним из требований, которые должны быть обеспечены. Если нет требований, по умолчанию будет обрабатываться самая обычная рабочая система S1; двигатель с требованиями к перегрузке также должен обеспечивать кратность перегрузки и соответствующее время работы; асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором обеспечивает большое вращение вентилятора и т. д. В случае инерционной нагрузки также необходимо обеспечить момент инерции нагрузки и кривую пускового момента сопротивления для проверки пусковой способности.
Приведенный выше выбор номинальной мощности сделан исходя из того, что стандартная температура окружающей среды составляет 40 градусов. Если температура окружающей среды, в которой работает двигатель, изменяется, необходимо скорректировать номинальную мощность двигателя. 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 необходимо обеспечить температуру окружающего воздуха в районах с суровым климатом, таких как Индия, где необходимо проверять температуру окружающего воздуха на уровне 50 градусов. Кроме того, большая высота также влияет на мощность двигателя. Чем выше высота над уровнем моря, тем больше нагрев двигателя и тем меньше выходная мощность. И двигатель, используемый на большой высоте, также должен учитывать влияние явления короны.
Что касается диапазона мощности электродвигателей, представленных в настоящее время на рынке, я хотел бы привести данные в таблице производительности моей компании для справки.
Двигатель постоянного тока: ZD9350 (мельница) 9350 кВт
Асинхронный двигатель: с короткозамкнутым ротором YGF1120-4 (вентилятор доменной печи) 28000 кВт
Тип обмотки YRKK1000-6 (сырьевая мельница) 7400кВт
Синхронный двигатель: TWS36000-4 (вентилятор доменной печи) 36 000 кВт (мощность испытательного агрегата достигает 40 000 кВт)
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 зависит от уровня 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 определенной степени (например, 300 кВт/380 В), трудно увеличить ток из-за ограничения пропускной способности провода или слишком высокой стоимости. Необходимо добиться высокой выходной мощности за счет увеличения напряжения. Напряжение питания высоковольтной сети обычно составляет 6000 В или 10 000 В, а за границей также существуют уровни напряжения 3 300 В, 6 600 В и 11 000 В. Преимущество высоковольтного двигателя в том, что он обладает высокой мощностью и высокой ударопрочностью; недостатком является то, что инерция велика, и его трудно запустить и затормозить.
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 двигатели большой мощности могут быть увеличены до 600-1000 В. Когда источник питания переменного тока составляет 380 В, а 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 220 В.
4. Номинальная скорость
Номинальная скорость двигателя относится к скорости в номинальном рабочем режиме.
Двигатель и рабочие механизмы, приводимые им в движение, имеют свою номинальную скорость. При выборе скорости двигателя следует учитывать, что скорость не должна быть слишком низкой, так как чем ниже номинальная скорость двигателя, тем больше серия, больше объем и выше цена; в то же время скорость двигателя не должна быть слишком выбрана. высоким, так как это сделало бы трансмиссию слишком сложной и трудной в обслуживании.
Кроме того, когда мощность постоянна, крутящий момент двигателя обратно пропорционален скорости.
Поэтому те, у кого низкие требования к пуску и торможению, могут всесторонне сравнить несколько различных номинальных скоростей с точки зрения первоначальных инвестиций, занимаемой площади и затрат на техническое обслуживание и, наконец, определить номинальную скорость; при частом пуске, торможении и реверсе. Однако, если продолжительность переходного процесса мало влияет на производительность, помимо учета первоначальных инвестиций, передаточное число и номинальная скорость двигателя выбираются в основном из условия минимальное количество потерь в переходном процессе. Например, двигатель подъемника требует частого вращения вперед и назад и имеет большой крутящий момент, поэтому скорость очень низкая, двигатель громоздкий и дорогой.
Когда скорость двигателя высока, необходимо также учитывать критическую скорость двигателя. Ротор двигателя будет вибрировать во время работы, и амплитуда ротора увеличивается с увеличением скорости. При достижении определенной скорости амплитуда достигает максимального значения (то есть обычно называется резонансом). После этой скорости амплитуда увеличивается со скоростью. Она постепенно снижается и стабилизируется в определенных пределах. Скорость вращения с наибольшей амплитудой ротора называется критической частотой вращения 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 работает с критической скоростью, возникнет сильная вибрация, а степень изгиба вала значительно возрастет. Длительная эксплуатация также вызовет серьезную деформацию вала изгиба или даже поломку. Критическая скорость двигателя первого порядка обычно выше 1500 об/мин, поэтому обычные низкоскоростные двигатели обычно не учитывают влияние критической скорости. С другой стороны, для высокоскоростного 2-полюсного двигателя номинальная скорость близка к 3000 об/мин, и это влияние необходимо учитывать, и необходимо избегать использования двигателя в критическом диапазоне скоростей для долго.
Вообще говоря, двигатель можно приблизительно определить, указав тип приводимой нагрузки, номинальную мощность, номинальное напряжение и номинальную скорость двигателя. Однако этих основных параметров далеко не достаточно для оптимального выполнения требований по нагрузке. Параметры, которые также необходимо предоставить, включают в себя: частоту, рабочую систему, требования к перегрузке, класс изоляции, класс защиты, момент инерции, кривую сопротивления нагрузки, способ установки, температуру окружающей среды, высоту над уровнем моря, внешние требования и т. д., которые предоставляются в соответствии с к конкретным условиям.
