Die für die Motorauswahl erforderlichen Grundelemente sind: Art der angetriebenen Last, Nennleistung, Nennspannung, Nenndrehzahl und andere Bedingungen.
Dies muss von den Motoreigenschaften umgekehrt werden. Motoren können einfach in Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren unterteilt werden, Wechselstrom wird auch in Synchronmotoren und Asynchronmotoren unterteilt.
1、Gleichstrommotoren
Der Vorteil eines Gleichstrommotors besteht darin, dass die Drehzahl einfach durch Änderung der Spannung angepasst werden kann und ein größeres Drehmoment bereitgestellt werden kann.
Es eignet sich für Lasten, die eine häufige Geschwindigkeitsanpassung erfordern, wie z. B. Walzwerke in Stahlwerken, Hebezeuge in Bergwerken usw.
Mit der Entwicklung der Frequenzumwandlungstechnologie können Wechselstrommotoren nun auch die Drehzahl durch Änderung der Frequenz anpassen.
Obwohl der Preis eines Umrichtermotors nicht viel höher ist als bei einem gewöhnlichen Motor, nimmt der Preis des Umrichters den größten Teil der gesamten Ausrüstung ein, so dass Gleichstrommotoren mit Bürsten einen weiteren Vorteil haben: Sie sind günstiger.
Der Nachteil bürstenloser Gleichstrommotoren besteht darin, dass die Struktur komplex ist und jede Ausrüstung mit einer komplexen Struktur zwangsläufig zu einer Erhöhung der Ausfallrate führt.
Im Vergleich zum Wechselstrommotor kommen neben der Wicklungskomplexität (Erregerwicklung, Kommutierungspolwicklung, Kompensationswicklung, Ankerwicklung) auch Schleifring, Bürste und Kommutator hinzu.
Es erfordert nicht nur ein hohes Maß an handwerklichem Können seitens des Herstellers, auch die Kosten nach der Wartung sind relativ hoch.
Daher sind DC-Getriebemotoren in industriellen Anwendungen in einer allmählich rückläufigen, aber dennoch nützlichen Übergangsphase der peinlichen Situation.
Wenn der Benutzer über mehr Geld verfügt, wird empfohlen, das Programm für Wechselstrommotoren mit Wechselrichter zu wählen. Schließlich bringt die Verwendung eines Wechselrichters auch viele Vorteile mit sich, auf die nicht näher eingegangen wird.
2、Asynchronmotor
Asynchronmotoren haben den Vorteil eines einfachen Aufbaus, einer stabilen Leistung, einer einfachen Wartung und einer geringen Kostengünstigkeit. Und der Herstellungsprozess ist auch der einfachste.
Ich habe gehört, dass der alte Techniker in der Werkstatt gesagt hat, dass die Montage eines bürstenlosen Gleichstrommotors in Mannstunden fast die Leistung von zwei Synchronmotoren oder vier Asynchronmotoren vervollständigen kann, was zu sehen ist.
Daher sind Asynchronmotoren in der Industrie am weitesten verbreitet.
Asynchronmotoren werden in Käfigläufermotoren und Drahtwicklungsmotoren unterteilt, wobei der Unterschied im Rotor liegt.
Der Rotor des Käfigläufermotors besteht aus Metallstäben, Kupfer oder Aluminium.
Der Preis für Aluminium ist relativ niedrig, und China ist ein großes Aluminiumabbauland und wird häufig in weniger anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt.
Aber die mechanischen Eigenschaften und die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer sind besser als die von Aluminium, die überwiegende Mehrheit meiner Kontakte sind Kupferrotoren.
Bei der Lösung des Problems der gebrochenen Reihe ist der Käfigläufermotor weitaus zuverlässiger als der Rotormotor mit Wicklungstyp.
Der Nachteil besteht darin, dass das Drehmoment, das durch das Schneiden magnetischer Induktionslinien in einem rotierenden Statorfeld durch einen Metallrotor erzielt wird, gering und der Anlaufstrom groß ist, was es schwierig macht, Lasten mit hohen Anforderungen an das Anlaufdrehmoment zu bewältigen.
Obwohl durch eine Vergrößerung des Motorkerns ein höheres Drehmoment erzielt werden kann, ist der Aufwand sehr begrenzt.
Drahtgewickelte Motoren versorgen die Rotorwicklung beim Starten über Schleifringe mit Energie und erzeugen so ein Rotormagnetfeld, das sich relativ zum rotierenden Statormagnetfeld bewegt und so ein höheres Drehmoment erzielt.
Und der Wasserwiderstand ist in Reihe geschaltet, um den Anlaufstrom während des Startvorgangs zu reduzieren.
Der Wasserwiderstand wird durch ein hochentwickeltes elektronisches Steuergerät gesteuert, um den Widerstandswert beim Startvorgang zu ändern.
Es eignet sich für Lasten wie Walzwerke und Hebezeuge.
Da der drahtgewickelte Asynchronmotor im Vergleich zum Käfigläufermotor den Schleifring, die Wasserbeständigkeit usw. erhöht, ist der Gesamtpreis der Ausrüstung gestiegen.
Sein Drehzahlbereich ist enger und das Drehmoment ist im Vergleich zu Gleichstrommotoren relativ klein, und der entsprechende Wert ist niedrig.
Da jedoch die Statorwicklung des Asynchronmotors mit Strom versorgt wird, um ein rotierendes Magnetfeld aufzubauen, und die Wicklung zu den induktiven Komponenten gehört, leisten sie keine Arbeit und absorbieren Blindleistung aus dem Netz. Die Auswirkungen auf das Netz sind sehr groß.
Durch die intuitive Erfahrung werden leistungsstarke induktive Geräte an das Stromnetz angeschlossen, die Netzspannung sinkt und die Helligkeit des elektrischen Lichts wird sofort reduziert.
Daher wird das Energieversorgungsamt Beschränkungen für die Verwendung von Asynchronmotoren festlegen, was bei vielen Fabriken in Betracht gezogen werden muss.
Einige große Stromverbraucher, wie Stahlwerke, Aluminiumwerke usw., entscheiden sich für die Errichtung eigener Kraftwerke, um ein eigenes unabhängiges Stromnetz zu bilden, um die Einschränkungen beim Einsatz von Asynchronmotoren zu verringern.
Daher muss ein Asynchronmotor mit einer Blindleistungskompensationsvorrichtung ausgestattet sein, wenn er die Verwendung einer hohen Leistungslast bewältigen möchte, während ein Synchronmotor über eine Erregervorrichtung Blindleistung an das Netz liefern kann. Je größer die Leistung, desto offensichtlicher sind die Vorteile des Synchronmotors , somit entsteht die Stufe des Synchronmotors.
3、Synchronmotor
Zu den Vorteilen des Synchronmotors gehört, dass neben dem Übererregungszustand auch die Blindleistung kompensiert werden kann.
1) Die Drehzahl des Synchronmotors hält sich strikt an n=60f/p, wodurch die Drehzahl präzise gesteuert werden kann.
2) Hohe Betriebsstabilität: Wenn die Netzspannung plötzlich abfällt, erzwingt das Erregungssystem im Allgemeinen die Erregung, um einen stabilen Motorbetrieb zu gewährleisten, während das Drehmoment des Asynchronmotors (proportional zum Quadrat der Spannung) erheblich abfällt.
3) größere Überlastfähigkeit als der entsprechende Asynchronmotor.
4) Hohe Betriebseffizienz, insbesondere bei langsam laufenden Synchronmotoren.
Synchronmotoren können nicht direkt gestartet werden und benötigen einen asynchronen Start oder einen Frequenzstart.
Asynchroner Start bedeutet, dass der Synchronmotor mit einer Anlaufwicklung ähnlich der Käfigwicklung des Asynchronmotors am Rotor ausgestattet ist und ein zusätzlicher Widerstand von etwa dem Zehnfachen des Widerstandswerts der Erregerwicklung in Reihe in den Erregerkreis geschaltet wird, um ihn zu bilden ein geschlossener Kreislauf.
Damit wird der Stator des Synchronmotors direkt an das Stromnetz angeschlossen und als Asynchronmotor gestartet, und dann wird der zusätzliche Widerstand entfernt, wenn die Drehzahl die untersynchrone Drehzahl (95 %) erreicht; Der Beginn der Frequenzumwandlung ist nicht viel. Nicht viel zu erwähnen.
Einer der Nachteile von Synchronmotoren ist daher die Notwendigkeit, zusätzliche Startgeräte hinzuzufügen.
Synchronmotoren laufen mit Erregerstrom, ohne Erregung ist der effiziente Motor ein Asynchronmotor.
Die Erregung erfolgt über ein dem Rotor hinzugefügtes Gleichstromsystem, dessen Drehzahl und Polarität mit denen des Stators identisch sind.
If there is a problem with the excitation, the stepper motor will be out of step and cannot be adjusted, which will trigger the protection "excitation fault" and the motor will trip.
Daher besteht der zweite Nachteil des Synchronmotors darin, dass die Erregervorrichtung vergrößert werden muss, die früher direkt von einer Gleichstrommaschine gespeist wurde, heute jedoch größtenteils von einem siliziumgesteuerten Gleichrichter gespeist wird.
Ein altes Sprichwort besagt: Je komplexer die Struktur und je mehr Geräte, desto mehr Fehlerpunkte und desto höher die Ausfallrate.
Entsprechend den Leistungsmerkmalen des Synchronmotors findet seine Anwendung hauptsächlich in Hebezeugen, Mühlen, Ventilatoren, Kompressoren, Walzwerken, Pumpen und anderen Lasten statt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Prinzip bei der Auswahl eines Motors darin besteht, einem Motor mit einfacher Struktur, günstigem Preis, zuverlässigem Betrieb und bequemer Wartung den Vorzug zu geben, vorausgesetzt, dass die Motorleistung den Anforderungen der Produktionsmaschinen entspricht.
In dieser Hinsicht ist ein Wechselstrommotor besser als ein Gleichstrommotor, ein Wechselstrom-Asynchronmotor ist besser als ein Wechselstrom-Synchronmotor, ein Käfigläufer-Asynchronmotor ist besser als ein drahtgewickelter Asynchronmotor.
Für kontinuierlich laufende Produktionsmaschinen mit gleichmäßiger Last und ohne besondere Anforderungen an Start und Bremsen ist die Verwendung eines gewöhnlichen Käfigläufer-Asynchronmotors vorzuziehen, der häufig in Maschinen, Pumpen, Lüftern usw. verwendet wird.
Beim Starten und Bremsen müssen Maschinen, die ein größeres Start- und Bremsdrehmoment erfordern, wie z. B. Brückenkräne, Minenaufzüge, Luftkompressoren, irreversible Walzwerke usw., einen drahtgewickelten Asynchronmotor verwenden.
Wenn keine Drehzahlregelung erforderlich ist, die Drehzahl jedoch konstant sein muss oder der Leistungsfaktor verbessert werden muss, sollten Synchronmotoren wie Wasserpumpen mittlerer und großer Kapazität, Luftkompressor, Hebezeug, Mühle usw. verwendet werden.
Wenn der Geschwindigkeitsbereich über 1:3 liegt und die Produktionsmaschinen eine kontinuierliche, stabile und gleichmäßige Geschwindigkeitsregelung benötigen.
Es empfiehlt sich, andere erregte Gleichstrommotoren oder Käfigläufer-Asynchronmotoren oder Synchronmotoren mit Frequenzregelung zu verwenden, z. B. große Präzisionswerkzeugmaschinen, Portalhobelmaschinen, Stahlwalzwerke, Hebezeuge usw.
Erfordert ein großes Anlaufdrehmoment, mechanische Eigenschaften weicher Produktionsmaschinen, die Verwendung von reihenerregten oder zusammengesetzten erregten Gleichstrommotoren wie Straßenbahnen, Kraftfahrzeugen, schweren Kränen usw.
Die Nennleistung von Elektromotoren
Die Nennleistung eines Elektromotors bezieht sich auf die Ausgangsleistung, also die Wellenleistung, auch Kapazität genannt, die der entscheidende Parameter größerer Motoren ist.
Oft wird gefragt, wie groß die Induktionsmotoren sind. Normalerweise bezieht sich dies nicht auf die Größe des Motors, sondern auf die Nennleistung.
Es ist der wichtigste Index zur Quantifizierung der Fähigkeit des Motors, die Last zu ziehen, und es ist auch die Parameteranforderung, die bei der Auswahl des Motors bereitgestellt werden muss.
(ist Nennleistung, ist Nennspannung, ist Nennstrom, cosθ ist Leistungsfaktor, η ist Effizienz)
Der Grundsatz der richtigen Auswahl der Schrittmotorleistung sollte die wirtschaftlichste und vernünftigste Entscheidung über die Motorleistung sein, vorausgesetzt, dass der Motor in der Lage ist, mechanische Belastungsanforderungen zu erfüllen.
Wenn die Leistung zu groß gewählt wird, erhöhen sich die Investitionen in die Ausrüstung und es entsteht Abfall, außerdem läuft der Motor häufig unter Last und der Wirkungsgrad und Leistungsfaktor des Wechselstrommotors sind niedrig; im Gegenteil, wenn die Leistung zu klein gewählt wird, läuft der Getriebemotor überlastet und es kommt zu einer vorzeitigen Beschädigung des Motors.
Es gibt drei Faktoren, die die Hauptleistung des Gleichstromgetriebemotors bestimmen.
(1) Die Wärme und der Temperaturanstieg des Motors sind der wichtigste Faktor für die Bestimmung der Motorleistung.
2) Zulässige Kurzzeitüberlastfähigkeit.
(3) Die Anlaufkapazität des asynchronen Käfigläufermotors sollte berücksichtigt werden.
Zunächst berechnet und wählt die jeweilige Produktionsmaschine die Lastleistung entsprechend ihrer Wärmeerzeugung, ihrem Temperaturanstieg und ihrem Lastbedarf.
Anschließend wählt der Motor die Nennleistung je nach Lastleistung, Arbeitssystem und Überlastanforderung vor.
Nachdem die Nennleistung des Motors vorgewählt wurde, sollte dieser bei Bedarf auf Wärmeentwicklung, Überlastfähigkeit und Anlauffähigkeit überprüft werden.
Wenn einer von ihnen nicht qualifiziert ist, muss der Motor erneut ausgewählt und kalibriert werden, bis alle qualifiziert sind.
Daher ist das Arbeitssystem eine der notwendigen Anforderungen. Wenn keine Anforderung besteht, wird standardmäßig das gängigste S1-Arbeitssystem verwendet. Motoren mit Überlastanforderungen müssen außerdem einen Überlastmultiplikator und eine entsprechende Laufzeit bereitstellen; Asynchrone Käfigläufermotoren treiben Lüfter und andere Lasten mit großer rotierender Trägheit an, müssen aber auch die rotierende Trägheit der Last und die Anlaufwiderstandsdrehmomentkurve bereitstellen, um die Anlaufkapazität zu überprüfen.
Die obige Auswahl der Nennleistung erfolgt unter der Voraussetzung einer Standardumgebungstemperatur von 40 °C.
Wenn sich die Umgebungstemperatur am Einsatzort des Motors ändert, muss die Nennleistung des Motors korrigiert werden.
Nach theoretischer Berechnung und Praxis kann die Leistung des Motors bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen gemäß der folgenden Tabelle grob erhöht oder verringert werden.
Daher ist es auch in Gebieten mit rauem Klima erforderlich, die Umgebungstemperatur bereitzustellen, beispielsweise in Indien. Die Umgebungstemperatur muss auf 50 °C kalibriert werden.
Darüber hinaus wirkt sich die große Höhe auch auf die Leistung des Servomotors aus: Je höher die Höhe, desto höher der Temperaturanstieg des Motors und desto geringer die Ausgangsleistung. Und der in großer Höhe eingesetzte Motor muss auch die Auswirkungen des Koronaphänomens berücksichtigen.
Für den Leistungsbereich der am Markt befindlichen Motoren möchten wir einige Daten als Referenz auflisten.
Gleichstrommotor: ZD9350 (Mühle) 9350 kW
Asynchronmotor: Käfigläufer Typ YGF1120-4 (Hochofengebläse) 28000 kW
Synchronmotor: TWS36000-4 (Hochofengebläse) 36000 kW (Testgerät erreicht 40000 kW)
Nennspannung
Die Motornennspannung bezieht sich auf die Netzspannung im Nennbetriebszustand.
Die Auswahl der Nennspannung des Motors hängt von der Versorgungsspannung des Stromnetzes des Unternehmens und der Größe der Motorleistung ab.
Die Wahl der Spannungsebene des Wechselstrommotors hängt hauptsächlich von der Spannungsebene der Stromversorgung am Einsatzort ab.
Im Allgemeinen beträgt das Niederspannungsnetz 380 V, daher beträgt die Nennspannung 380 V (Y- oder △-Anschluss), 220/380 V (△/Y-Anschluss), 380/660 V (△/Y-Anschluss), drei Arten.
Die Leistung des Niederspannungsmotors erhöht sich bis zu einem gewissen Grad (z. B. 300 kW/380 V), der Strom wird durch die Kapazität des Kabels begrenzt, es ist schwierig, eine große Leistung zu erbringen, oder die Kosten sind zu hoch.
Durch Erhöhen der Spannung muss eine hohe Ausgangsleistung erreicht werden.
Die Versorgungsspannung des Hochspannungsnetzes beträgt im Allgemeinen 6000 V oder 10000 V, im Ausland gibt es auch Spannungsniveaus von 3300 V, 6600 V und 11000 V. Die Vorteile von Hochspannungsmotoren sind die hohe Leistung und die hohe Schlagfestigkeit; Der Nachteil besteht darin, dass die Trägheit groß ist und das Anfahren und Bremsen schwierig ist.
Die Nennspannung des Gleichstrommotors muss außerdem mit der Versorgungsspannung übereinstimmen.
Im Allgemeinen 110 V, 220 V und 440 V. 220 V ist die übliche Spannungsebene, Hochleistungsmotoren können auf 600 ~ 1000 V erhöht werden.
Wenn die Wechselstromversorgung 380 V beträgt, sollte die Nennspannung des Gleichstrommotors bei einer Dreiphasen-Brückenstromversorgung mit Silizium-Gleichrichterschaltung auf 440 V eingestellt werden Die Spannung des Gleichstrommotors sollte 220 V betragen.
Die Nenngeschwindigkeit
Die Nenndrehzahl des Motors bezieht sich auf die Drehzahl im Nennbetriebsmodus.
Sowohl der Motor als auch die von ihm gezogenen Arbeitsmaschinen haben ihre eigene Nenndrehzahl.
Bei der Wahl der Drehzahl des Motors ist zu beachten, dass die Drehzahl nicht zu niedrig sein sollte, denn je niedriger die Nenndrehzahl des Motors, desto mehr Stufen, desto größer das Volumen und desto höher der Preis; Gleichzeitig sollte die Drehzahl des Motors nicht zu hoch sein.
Weil dadurch der Übertragungsmechanismus zu kompliziert und schwer zu warten wäre.
Darüber hinaus ist bei sicherer Leistung das Motordrehmoment umgekehrt proportional zur Drehzahl.
Daher können diejenigen, die keine hohen Anforderungen an das Starten und Bremsen stellen, verschiedene Nenngeschwindigkeiten hinsichtlich der Anfangsinvestition, der Stellfläche und der Wartungskosten vergleichen und schließlich die Nenngeschwindigkeit ermitteln; und oft starten, bremsen und rückwärts fahren.
Die Dauer des Übergangsprozesses hat jedoch keinen Einfluss auf die Produktivität. Zusätzlich zur Berücksichtigung der Anfangsinvestition müssen hauptsächlich das Drehzahlverhältnis und die Nenndrehzahl des Motors im Hinblick auf den minimalen Verlust des Übergangsprozesses ausgewählt werden.
Beispielsweise benötigt der Hubmotor häufige Vorwärts- und Rückwärtsdrehungen und das Drehmoment ist sehr groß, die Geschwindigkeit ist sehr niedrig, das Motorvolumen ist riesig und teuer.
Wenn die Motordrehzahl hoch ist, muss auch die kritische Drehzahl des Motors berücksichtigt werden. Im Betrieb des Motorrotors treten Vibrationen auf, und die Rotoramplitude nimmt mit zunehmender Drehzahl zu und steigt auf eine bestimmte Drehzahl an, wenn die Amplitude ein Maximum erreicht (auch als Resonanz bezeichnet). Nach dieser Drehzahl nimmt die Amplitude mit zunehmender Drehzahl allmählich ab und bleibt stabil In einem bestimmten Bereich wird die Rotoramplitude der Maximalgeschwindigkeit als kritische Rotorgeschwindigkeit bezeichnet.
Diese Drehzahl entspricht der Eigenfrequenz des Rotors.
Wenn die Geschwindigkeit weiter ansteigt, wird die Amplitude wieder auf etwa das Zweifache der Eigenfrequenz ansteigen. Wenn die Geschwindigkeit gleich dem Zweifachen der Eigenfrequenz ist, spricht man von kritischer Geschwindigkeit zweiter Ordnung, wiederum gibt es dritte Ordnung, vierte Ordnung und andere kritische Geschwindigkeit.
Wenn der Rotor mit der kritischen Drehzahl läuft, kommt es zu heftigen Vibrationen und die Biegung der Welle nimmt deutlich zu, und der lange Betrieb führt zu starker Biegung und Verformung der Welle und sogar zum Bruch.
Die kritische Drehzahl erster Ordnung des Motors liegt im Allgemeinen über 1500 U/min, sodass der herkömmliche Motor mit niedriger Drehzahl den Einfluss der kritischen Drehzahl im Allgemeinen nicht berücksichtigt.
Umgekehrt muss bei 2-poligen Hochgeschwindigkeitsmotoren mit Nenndrehzahlen nahe 3000 U/min der Effekt berücksichtigt und der Motor für einen Dauereinsatz im kritischen Drehzahlbereich gemieden werden.
Im Allgemeinen lässt sich der Motor grob bestimmen, indem man die Art der anzutreibenden Last, die Nennleistung, die Nennspannung und die Nenndrehzahl des Motors angibt.
Diese Grundparameter reichen jedoch nicht aus, um die Lastanforderungen optimal zu erfüllen.
Weitere bereitzustellende Parameter sind: Frequenz, Betriebssystem, Überlastanforderungen, Isolationsniveau, Schutzniveau, Rotationsträgheit, Lastwiderstandsdrehmomentkurve, Installationsmethode, Umgebungstemperatur, Höhe, Außenanforderungen usw., abhängig von der spezifischen Situation.
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