Основными элементами, необходимыми для выбора двигателя, являются: тип приводимой нагрузки, номинальная мощность, номинальное напряжение, номинальная скорость и другие условия.

I. Тип приводимой нагрузки

Это следует из характеристик двигателя. Двигатель можно просто разделить на двигатель постоянного тока и двигатель переменного тока, двигатель переменного тока делится на синхронный двигатель и асинхронный двигатель.

1, Двигатель постоянного тока

Преимущество двигателя постоянного тока заключается в том, что он легко регулирует скорость вращения путем изменения напряжения и может обеспечить большой крутящий момент. Он подходит для нагрузок, требующих частой регулировки скорости, таких как сталелитейные заводы, шахтные подъемники и т.д. Однако теперь, с развитием инверторной технологии, для регулировки скорости вращения двигателей переменного тока можно также изменять частоту. Однако, хотя цена инверторного двигателя не намного дороже обычного, но цена частотного преобразователя занимает основную часть во всем комплекте оборудования, поэтому у двигателя постоянного тока есть еще одно преимущество - дешевизна.

Недостаток двигателей постоянного тока заключается в сложности конструкции, любое оборудование пока имеет сложную структуру, что неизбежно приведет к увеличению частоты отказов. У двигателей постоянного тока по сравнению с двигателями переменного тока, помимо сложности обмоток (обмотка возбуждения, обмотка коммутатора, компенсационная обмотка, обмотка якоря), также увеличивается количество контактных колец, щеток и коммутатора.

Это не только требует высокого уровня мастерства от производителя, но и впоследствии связано с относительно высокими эксплуатационными расходами. Таким образом, двигатель постоянного тока в промышленных приложениях переживает постепенный спад, но на переходном этапе все еще полезен в неловкой ситуации. Если у пользователя больше денег, рекомендуется выбрать двигатель переменного тока с инверторной программой, в конце концов, использование инверторов также приносит много преимуществ, это не является подробным описанием.

2, Асинхронный двигатель

Преимуществами асинхронного двигателя являются простота конструкции, стабильность работы, простота обслуживания, дешевизна. И процесс производства также является наиболее простым, слышал мастерской старый техник сказал, сборка двигателя постоянного тока используется в человеко-часов, может быть завершена почти мощность двух синхронных двигателей или четыре асинхронных двигателей, которые можно увидеть. Поэтому наиболее широкое применение в промышленности получили асинхронные двигатели.

Асинхронные двигатели подразделяются на двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с проволочной обмоткой, отличие которых заключается в роторе. Ротор двигателя с короткозамкнутым ротором изготавливается из металлических прутков, меди или алюминия. Цена алюминия относительно невысока, а Китай является крупной страной по добыче алюминия, который широко используется в менее ответственных случаях. Но механические свойства меди и электропроводность лучше, чем у алюминия, на мой взор, подавляющее большинство роторов из меди. Двигатели с короткозамкнутым ротором в процессе работы решают проблему обрыва рядов, надежность гораздо выше, чем у двигателей с ротором обмоточного типа.

Недостатком является то, что крутящий момент, получаемый при разрезании металлическим ротором магнитной индуктивности во вращающемся поле статора, мал, а пусковой ток велик, что затрудняет работу с нагрузками с большими требованиями к пусковому моменту. Хотя больший крутящий момент можно получить за счет увеличения длины сердечника двигателя, это усилие весьма ограничено.

В двигателе с проволочной обмоткой в процессе пуска на обмотку ротора через контактное кольцо подается напряжение для формирования магнитного поля ротора, находящегося в относительном движении относительно вращающегося магнитного поля статора, что позволяет получить больший вращающий момент. А в процессе запуска последовательно с водяным сопротивлением для уменьшения пускового тока, водяное сопротивление с помощью сложного электронного устройства управления управляет процессом запуска для изменения величины сопротивления.

Подходит для прокатных станов, лифтов и других нагрузок. В связи с тем, что у асинхронного двигателя с проволочной обмоткой по сравнению с двигателем с короткозамкнутым ротором увеличены токосъемные кольца, сопротивление воды и т.д., в целом цена оборудования возросла. По сравнению с двигателями постоянного тока диапазон скоростей более узкий, а крутящий момент относительно мал, и соответствующее значение также невелико.

Однако асинхронный двигатель из-за того, что обмотки статора находятся под напряжением для создания вращающегося магнитного поля, а обмотки, относящиеся к индуктивным компонентам, не совершают работы, поглощают реактивную мощность из сети, влияние на сеть очень велико. Интуитивный опыт использования мощных индуктивных приборов в сети приводит к тому, что напряжение в сети падает, яркость освещения снижается.

Поэтому бюро электроснабжения по использованию асинхронных двигателей будет ограничено, что также многим заводам необходимо учитывать на месте. Некоторые крупные потребители электроэнергии, такие как металлургические комбинаты, алюминиевые заводы и т.д., предпочитают создавать свои собственные электростанции для формирования независимых энергосистем, чтобы уменьшить ограничения на использование асинхронных двигателей. Поэтому асинхронные двигатели должны быть оснащены устройствами компенсации реактивной мощности, если они отвечают требованиям использования мощных нагрузок, в то время как синхронные двигатели могут отдавать реактивную мощность в сеть через устройство возбуждения, и чем больше мощность, тем очевиднее преимущества синхронных двигателей, что порождает этап синхронных двигателей.

3、 Синхронный двигатель

К преимуществам синхронного двигателя, помимо того, что в перевозбужденном состоянии он может компенсировать реактивную мощность, также относятся:

(1) Скорость вращения синхронного двигателя строго соответствует n=60f/p, что позволяет точно управлять скоростью вращения;

(2) Высокая стабильность работы, при внезапном снижении напряжения в сети система возбуждения, как правило, принудительно возбуждает двигатель для обеспечения его стабильной работы, в то время как момент асинхронного двигателя (пропорциональный квадрату напряжения) резко падает;

(3) Перегрузочная способность больше, чем у соответствующего асинхронного двигателя;

(4) Высокий коэффициент полезного действия, особенно для низкоскоростных синхронных двигателей.

Синхронные двигатели не могут запускаться напрямую и требуют асинхронного или инверторного пуска. Асинхронный пуск подразумевает, что синхронный двигатель в роторе оснащен аналогичной асинхронному двигателю сепараторной пусковой обмоткой, в цепи возбуждения последовательно примерно в 10 раз превышает величину сопротивления обмотки возбуждения дополнительное сопротивление, образуя замкнутый контур, статор синхронного двигателя непосредственно подключен к электросети, так что запускается асинхронный двигатель, когда скорость достигает субсинхронной скорости (95%), а затем вырезается дополнительное сопротивление пускового режима; пуск с преобразованием частоты более Пуск инвертора мало упоминается. Поэтому одним из недостатков синхронных двигателей является необходимость введения дополнительного оборудования и устройств для пуска.

Синхронные двигатели работают от тока возбуждения, без возбуждения двигатель является асинхронным. Возбуждение представляет собой систему постоянного тока, добавляемую к ротору, который вращается с той же скоростью и полярностью, что и статор, поэтому при возникновении проблем с возбуждением двигатель выйдет из шага и не сможет перестроиться, что приведет к срабатыванию защиты "неисправность возбуждения" двигателя.

Поэтому вторым недостатком синхронного двигателя является необходимость увеличения устройства возбуждения, раньше оно напрямую питалось от машины постоянного тока, а теперь большинство из них питается от тиристорного выпрямителя. Или, как говорится, чем сложнее конструкция, чем больше устройств оборудования, тем больше точек отказа, тем выше процент отказов.

Согласно эксплуатационным характеристикам синхронных двигателей, их применение в основном связано с такими нагрузками, как лифты, мельницы, вентиляторы, компрессоры, мельницы, насосы и т.д.

Подводя итог, можно сказать, что принцип выбора двигателей заключается в том, что при условии соответствия характеристик двигателя требованиям, предъявляемым к производственному оборудованию, предпочтение следует отдавать двигателям, простым по конструкции, недорогим, надежным в эксплуатации и простым в обслуживании. В этом отношении двигатели переменного тока лучше двигателей постоянного тока, асинхронные двигатели переменного тока лучше синхронных двигателей переменного тока, асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором лучше асинхронных двигателей с проволочной обмоткой.

Нагрузка плавная, нет особых требований к пуску и торможению при непрерывной работе производственного оборудования, целесообразно отдать предпочтение использованию обычного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, который широко применяется в станках, насосах, вентиляторах и т.д.

При более частых пусках и торможениях, требующих большего пускового и тормозного момента производственных машин, таких как мостовые краны, шахтные подъемники, воздушные компрессоры, необратимые прокатные станы и т.д., следует использовать обмоточный асинхронный двигатель.

При отсутствии требований к регулированию скорости, необходимости постоянной скорости или для улучшения коэффициента мощности по случаю следует использовать синхронные двигатели, такие как водяные насосы средней и большой мощности, воздушные компрессоры, лифты, мельницы и т.д.

При требованиях к диапазону скоростей 1:3 и более и необходимости непрерывного стабильного и плавного регулирования скорости производственного оборудования целесообразно использовать его возбуждение от двигателей постоянного тока или частотное управление короткозамкнутым асинхронным двигателем или синхронными двигателями, такими как крупные прецизионные станки, портальный строгальный станок, прокатный стан, элеватор и т.д.

Требования к большому пусковому моменту, мягким механическим характеристикам производственного оборудования, использование двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением или с составным возбуждением, например, трамваи, мотоциклы, тяжелые краны и т.д.

Во-вторых, номинальная мощность

Номинальная мощность двигателя относится к выходной мощности, то есть мощности на валу, также известной как размер мощности, и является знаковым параметром двигателя. Часто люди спрашивают, насколько велик двигатель, обычно они имеют в виду не размер двигателя, а номинальную мощность. Это наиболее важный показатель, позволяющий количественно оценить способность двигателя тянуть нагрузку, но также при выборе двигателя необходимо обеспечить требования к этому параметру.

(номинальная мощность, номинальное напряжение, номинальный ток, cosθ - коэффициент мощности, η - КПД).

Принцип правильного выбора мощности двигателя должен заключаться в том, что двигатель может быть компетентен производить механическую нагрузку, соответствующую требованиям, исходя из предпосылки о наиболее экономичном и наиболее разумном выборе мощности двигателя. Если мощность выбрана слишком большой, то увеличиваются инвестиции в оборудование, что приводит к расточительству, и двигатель часто работает с недогрузкой, КПД и коэффициент мощности двигателя переменного тока низкие; наоборот, если мощность выбрана слишком малой, то двигатель будет работать с перегрузкой, что приведет к преждевременному повреждению двигателя.

Основную мощность двигателя определяют три фактора:

(1) Тепловыделение и повышение температуры двигателя, что является наиболее важным фактором при определении мощности двигателя;

2) допустимая кратковременная перегрузочная способность;

(3) для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором также учитывается пусковая способность.

Прежде всего, для конкретного производственного оборудования в соответствии с его нагревом, повышением температуры и его требованиями к нагрузке производится расчет и выбор мощности нагрузки, двигателя, а затем в соответствии с мощностью нагрузки, рабочей системой, требованиями к перегрузке предварительно выбирается номинальная мощность. После того как номинальная мощность двигателя предварительно выбрана, необходимо провести калибровку тепловыделения, перегрузочной способности и пусковой способности, если это необходимо.

Если один из них не удовлетворяет требованиям, то двигатель должен быть выбран заново и откалиброван до тех пор, пока все они не будут удовлетворять требованиям. Поэтому рабочая система также должна обеспечивать одно из требований, если оно не требуется по умолчанию в соответствии с наиболее традиционной рабочей системой S1; требования к перегрузке двигателя также должны обеспечивать множитель перегрузки и соответствующее время работы; асинхронные короткозамкнутые двигатели для привода вентиляторов и других больших моментов инерции нагрузки также должны обеспечивать 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℃. При изменении температуры окружающей среды, при которой работает двигатель, номинальная мощность двигателя должна быть скорректирована. Согласно теоретическим расчетам и практике, при изменении температуры окружающей среды мощность двигателя может быть примерно увеличена или уменьшена в соответствии с приведенной ниже таблицей.

Поэтому в суровых климатических районах, таких как Индия, где температура окружающей среды должна быть откалибрована на 50 °C, необходимо также указывать температуру окружающей среды. Кроме того, большая высота над уровнем моря также влияет на мощность двигателя: чем больше высота над уровнем моря, тем выше температура двигателя, тем ниже выходная мощность. Кроме того, двигатели, используемые на большой высоте над уровнем моря, должны учитывать влияние коронного разряда.

Для примера приведу некоторые данные по мощности двигателей, представленных на рынке в настоящее время.

Двигатель постоянного тока: ZD9350 (мельница) 9350 кВт

Асинхронный двигатель: короткозамкнутый YGF1120-4 (вентилятор доменной печи) 28000кВт

Проволочный YRKK1000-6 (сырьевая мельница) 7400кВт

Синхронный двигатель: TWS36000-4 (вентилятор доменной печи) 36000кВт (испытательная установка до 40000кВт)

III. Номинальное напряжение

Под номинальным напряжением двигателя понимается напряжение сети при номинальном режиме работы.

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

Выбор уровня напряжения двигателя переменного тока зависит в основном от уровня напряжения электросети в месте его использования. Как правило, низковольтная сеть имеет напряжение 380 В, поэтому номинальное напряжение составляет 380 В (соединение Y или △), 220/380 В (соединение △/Y), 380/660 В (соединение △/Y). При увеличении мощности низковольтного двигателя до определенного предела (например, 300 кВт/380 В) ток по ограничению емкости провода трудно сделать большим, либо стоимость слишком высока.

Для достижения высокой мощности необходимо увеличить напряжение. Напряжение в высоковольтной сети обычно составляет 6000 В или 10000 В, в зарубежных странах также используются напряжения 3300 В, 6600 В и 11000 В. Достоинствами высоковольтных двигателей являются высокая мощность и высокая ударопрочность; недостатком - большая инерционность, сложность запуска и торможения.

Номинальное напряжение двигателей постоянного тока также должно соответствовать напряжению источника питания. Как правило, это 110, 220 и 440 В. Обычно используется напряжение 220 В, для мощных двигателей оно может быть увеличено до 600-1000 В. При питании от сети переменного тока 380 В, при питании от трехфазной мостовой кремниевой выпрямительной схемы номинальное напряжение двигателя постоянного тока следует выбирать 440 В, при питании от трехфазного полуволнового кремниевого выпрямителя номинальное напряжение двигателя постоянного тока должно быть 220 В.

Номинальная скорость

Под номинальной частотой вращения двигателя понимается частота вращения в номинальном режиме работы.

Двигатель и приводимые им в движение рабочие механизмы имеют свою номинальную частоту вращения. При выборе скорости вращения двигателя следует обратить внимание на то, что скорость не должна выбираться слишком низкой, так как чем ниже номинальная скорость двигателя, тем больше ступеней, тем больше объем, тем выше цена; в то же время скорость вращения двигателя не должна выбираться слишком высокой, так как это сделает передаточный механизм слишком сложным, и его трудно будет обслуживать.

Кроме того, при определенной мощности крутящий момент двигателя обратно пропорционален скорости.

Поэтому при запуске, торможении требования не высоки, начиная от первоначальных инвестиций в оборудование, площади, стоимости обслуживания и т.д., до нескольких различных номинальных скоростей для всестороннего сравнения, и, наконец, определения номинальной скорости; и часто запуск, торможение и реверс, но продолжительность переходного процесса не имеет большого влияния на производительность, в дополнение к рассмотрению первоначальных инвестиций, основной объем переходного процесса, чтобы минимизировать потери в качестве условия для выбора соотношения скорости и номинальной скорости двигателя. Например, для двигателя подъемника, нуждающегося в частом прямом и обратном вращении и крутящем моменте очень велика, скорость вращения очень низкая, объем двигателя огромный, дорогой.

При высокой скорости вращения двигателя также необходимо учитывать критическую скорость вращения двигателя. Вибрация ротора двигателя будет возникать в процессе работы, амплитуда вращения ротора с увеличением скорости и возрастает, до определенной скорости, когда амплитуда достигает своего максимального значения (то есть обычно называется резонансом), более этой скорости после увеличения амплитуды вращения с постепенным снижением скорости и стабильностью в определенном диапазоне, максимальная амплитуда этой скорости вращения ротора известна как критическая скорость ротора.

Эта скорость равна собственной частоте ротора. При дальнейшем увеличении скорости, близкой к 2-кратному значению собственной частоты амплитуда будет возрастать, когда скорость равна 2-кратному значению собственной частоты, называется критической скоростью второго порядка, и так далее, существуют критические скорости третьего порядка, четвертого порядка. Если ротор работает ниже критической частоты вращения, то возникает сильная вибрация, изгиб вала значительно увеличивается, а длительная работа приводит к серьезному изгибу и деформации вала или даже к его поломке.

Критическая скорость двигателя первого порядка обычно превышает 1500 об/мин, поэтому для обычных низкооборотных двигателей влияние критической скорости обычно не рассматривается. Напротив, для двухполюсных высокоскоростных двигателей номинальная скорость близка к 3000 об/мин, поэтому необходимо учитывать ее влияние, не допускать длительного использования двигателя в диапазоне критических скоростей.

В общем случае для приблизительного выбора двигателя можно указать тип приводимой нагрузки, номинальную мощность, номинальное напряжение и номинальную скорость. Однако для оптимального удовлетворения требований к нагрузке этих основных параметров недостаточно. Также необходимо указать такие параметры, как: частота, система работы, требования к перегрузке, класс изоляции, класс защиты, момент инерции, кривая сопротивления нагрузки, установка, температура окружающей среды, высота над уровнем моря, требования к внешним условиям и т.д., в зависимости от конкретных условий.

Источник: Motor Technology and Application