電動モーター選択の 4 つのヒント

モータの選定に必要な基本要素は、駆動する負荷の種類、定格電力、定格電圧、定格速度などの条件です。

駆動される負荷の種類

これはモータの特性から逆に考える必要があります。モーターは単純にDCモーターとACモーターに分けられ、ACも同期モーターと非同期モーターに分けられます。

1、DCモーター

DCモーターの利点は、電圧を変えることで速度を簡単に調整でき、より大きなトルクを提供できることです。

製鉄所の圧延機や鉱山のホイストなど、頻繁に速度調整が必要な負荷に適しています。

しかし現在では、周波数変換技術の発展により、ACモーターも周波数を変えることで回転速度を調整できるようになりました。

ただし、インバーターモーターの価格は通常のモーターに比べてそれほど高価ではありませんが、インバーターの価格は機器セット全体の主要部分を占めるため、ブラシ付きDCモーターは安価であるという別の利点があります。

DC ブラシレスモーターの欠点は構造が複雑であり、複雑な構造の機器は故障率の増加につながります。

DC モーターは AC モーターと比較して、巻線の複雑さ (励磁巻線、整流極巻線、補償巻線、電機子巻線) に加えて、スリップ リング、ブラシ、整流子も追加されます。

メーカーの高度な職人技が必要なだけでなく、アフターメンテナンスのコストも比較的高くなります。

したがって、産業用途における DC ギア モーターは徐々に減少傾向にありますが、恥ずかしい状況の移行段階では依然として役に立ちます。

ユーザーがより多くの資金を持っている場合は、インバータープログラムを備えたACモーターを選択することをお勧めします。結局のところ、インバーターの使用には多くの利点もありますが、これについては詳しく説明しません。

2、非同期モーター

非同期モーターは、構造が簡単、性能が安定しており、メンテナンスが容易で、安価であるという利点があります。そして製造工程も最もシンプルです。

昔の技術者の工場で聞いた話ですが、ブラシレス DC モーターの組み立てには、工数をかければ、同期モーター 2 個または非同期モーター 4 個のほぼ電力を完成させることができます。

したがって、非同期モーターは産業界で最も広く使用されています。

非同期モーターはかご型モーターと巻線モーターに分けられ、その違いはローターにあります。

かご型モーターの回転子は金属棒、銅またはアルミニウムでできています。

アルミニウムの価格は比較的安く、中国はアルミニウム鉱山大国であり、要求の少ない用途に広く使用されています。

しかし、銅の機械的特性と導電性はアルミニウムよりも優れており、私の接点の大部分は銅製ローターです。

かご型モータは列切れの問題を解決する過程にあり、信頼性は巻線型ロータモータよりはるかに優れています。

欠点は、金属ロータが回転するステータ界磁内の磁気誘導線を切断することによって得られるトルクが小さく、始動電流が大きいため、始動トルクが必要な負荷を扱うことが困難であることです。

モーターコアの長さを長くすることでより多くのトルクを得ることができますが、その努力は非常に限られています。

巻線モーターは、始動時にスリップ リングを介して回転子巻線に電力を供給し、回転する固定子磁界に対して移動する回転子磁界を形成し、より多くのトルクを獲得します。

また、始動プロセス中の始動電流を低減するために、防水抵抗が直列に接続されています。

防水性能は高度な電子制御装置によって制御されており、始動時に抵抗値が変化します。

圧延機やホイストなどの荷重に適しています。

かご形モータに比べて巻線型非同期モータはスリップリングや耐水性などの性能が向上するため、装置全体の価格が上昇しています。

DC モーターに比べて速度範囲が狭く、トルクも比較的小さいため、その値は低くなります。

しかし、非同期モータは回転磁界を確立するために固定子巻線が通電されるため、巻線は誘導成分に属し、系統からの無効電力を吸収する機能を果たさないため、系統への影響は非常に大きくなります。

直観的な体験では、高電力誘導機器が系統に接続されていると、系統電圧が低下し、電灯の明るさが一気に低下します。

したがって、電源局は非同期モーターの使用に制限を設けることになり、多くの工場はこの点を考慮する必要があります。

製鉄所やアルミニウム工場などの一部の大規模電力ユーザーは、非同期モーターの使用に対する制限を軽減するために、独自の発電所を設立して独自の独立した電力網を形成することを選択しています。

したがって、非同期電動機が高電力負荷の使用に対応したい場合は無効電力補償装置を装備する必要がありますが、同期電動機は励磁装置を通じて無効電力を系統に供給できます。電力が大きいほど、同期電動機の利点はより明らかです。 、このようにして同期モーターのステージが作成されます。

3、同期モーター

同期モータの利点は、過励磁状態に加えて、無効電力を補償できることです。

1) 同期モータの速度は n=60f/p に厳密に準拠しており、速度を正確に制御できます。

2) 高い動作安定性。系統電圧が突然低下すると、その励磁システムは通常、モータの安定動作を確保するために強制的に励磁しますが、非同期モータのトルク (電圧の 2 乗に比例) は大幅に低下します。

3) 対応する非同期モーターよりも過負荷容量が大きい。

4) 高い運転効率、特に低速同期モータの場合。

同期モーターは直接始動できないため、非同期始動または周波数始動が必要です。

非同期始動とは、同期モータの回転子に非同期モータのかご巻線と同様の始動巻線を設け、励磁回路に励磁巻線の抵抗値の約10倍の追加抵抗を直列に接続して形成することを意味します。閉回路。

同期モーターの固定子は電力網に直接接続され、非同期モーターとして起動され、速度が準同期速度 (95%) に達すると追加の抵抗が除去されます。周波数変換開始はそれほど多くはありません。

したがって、同期モータの欠点の 1 つは、始動のために追加の設備機器を追加する必要があることです。

同期モーターは励磁電流で動作しますが、励磁がなければ効率的なモーターは非同期になります。

励磁はローターに直流方式を加えたもので、回転速度と極性はステーターと同じです。

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.

したがって、同期モータの 2 番目の欠点は、励磁装置を増やす必要があることです。励磁装置は、以前は DC マシンによって直接供給されていましたが、現在ではほとんどがシリコン制御整流器によって供給されています。

古いことわざにあるように、構造が複雑になり、デバイスが増えるほど、障害点が増え、故障率が高くなります。

同期モーターの性能特性によると、その用途は主にホイスト、ミル、ファン、コンプレッサー、圧延機、ポンプおよびその他の負荷です。

まとめると、モーターの選択の原則は、モーターの性能が生産機械の要件を満たすことを前提として、構造が簡単で、価格が安く、確実に動作し、メンテナンスが容易なモーターを優先することです。

この点において、ACモーターはDCモーターよりも優れており、AC非同期モーターはAC同期モーターよりも優れており、かご型非同期モーターは巻線非同期モーターよりも優れています。

負荷が滑らかで、始動と制動に特別な要件がない連続運転の生産機械には、機械、ポンプ、ファンなどで広く使用されている通常のかご形非同期モーターを使用することが望ましいです。

橋形クレーン、鉱山ホイスト、エアコンプレッサー、不可逆圧延機など、より大きな始動、制動トルクを必要とする、より頻繁な始動、制動を必要とする機械には、巻線非同期モーターを使用する必要があります。

速度調整の必要はないが、速度を一定にする必要がある場合や力率を改善する必要がある場合は、中・大容量のウォーターポンプ、エアコンプレッサー、ホイスト、ミルなどの同期モーターを使用する必要があります。

速度範囲が 1:3 を超え、生産機械が継続的に安定したスムーズな速度調整を必要とする場合。

大型精密工作機械、ガントリープレーナ、鋼圧延機、ホイストなどの他の励磁DCモータまたはかご形非同期モータまたは周波数調整付き同期モータを使用するのが適切です。

大きな始動トルク、ソフト生産機械の機械的特性、路面電車、自動車、大型クレーンなどの直列励起または複励起 DC モーターの使用が必要です。

電動モーターの定格出力

電気モーターの定格出力とは、出力パワー、つまりシャフト出力を指し、容量とも呼ばれ、大型モーターの画期的なパラメーターです。

誘導モーターの大きさについてよく質問されますが、通常、それはモーターのサイズではなく、定格電力を指します。

モーターの負荷をドラッグする能力を定量化することが最も重要なインデックスであり、モーターを選択したときに提供する必要があるのはパラメーター要件でもあります。

( は定格電力、 は定格電圧、 は定格電流、cosθは力率、ηは効率)

ステッピング モーターの容量を正しく選択する原則は、モーターが機械的負荷要件を生成できるという前提の下で、モーター出力を最も経済的かつ合理的に決定する必要があります。

選択した電力が大きすぎると、設備投資が増加して無駄が発生し、モーターが負荷の下で動作することが多くなり、ACモーターの効率と力率が低くなります。逆に、出力が小さすぎると、ギアモーターが過負荷になり、モーターに早期の損傷を引き起こす可能性があります。

DC ギアモーターの主出力を決定する要素は 3 つあります。

(1) モーターの発熱と温度上昇。これはモーターのパワーを決定する最も重要な要素です。

2) 許容短時間過負荷容量。

(3) 非同期かご形電動機の始動能力を考慮する必要があります。

まず、特定の生産機械は、発熱量、温度上昇、負荷要件に応じて負荷電力を計算し、選択します。

次に、モーターは負荷電力、動作システム、過負荷要件に応じて定格電力を事前に選択します。

モーターの定格出力を事前に選択した後、必要に応じて発熱、過負荷容量、始動容量をチェックする必要があります。

そのうちの 1 つが適格でない場合は、すべてが適格になるまでモーターを再選択し、再度校正する必要があります。

したがって、動作システムは必要な要件の 1 つです。要件がない場合、デフォルトでは最も従来の S1 動作システムが処理されます。過負荷要件のあるモーターには、過負荷乗数とそれに対応する実行時間も提供する必要があります。非同期かご型モータはファンやその他の大きな回転慣性負荷を駆動しますが、起動容量をチェックするために負荷の回転慣性と起動抵抗トルク曲線を提供する必要もあります。

上記定格電力の選定は標準周囲温度40℃を前提としています。

モーターが動作する周囲温度が変化した場合、モーターの定格電力を補正する必要があります。

理論的な計算と実践によれば、周囲温度が異なる場合、モーターの出力は次の表に従って大まかに増減できます。

したがって、厳しい気候地域では周囲温度も提供する必要があります。たとえば、インドでは周囲温度を 50℃ に校正する必要があります。

また、高度が高いとサーボモーターの出力にも影響があり、高度が高くなるほどモーターの温度上昇が大きくなり、出力が低下します。また、高地で使用するモーターはコロナ現象の影響も考慮する必要があります。

市販されているモーターの出力範囲について、参考までにいくつかのデータを記載します。

DCモーター：ZD9350（ミル）9350kW

非同期電動機：かご型YGF1120-4（高炉ファン）28000kW

巻線 YRKK1000-6 (原料ミル) 7400kW

同期電動機：TWS36000-4（高炉ファン）36000kW（試験機は40000kWに達します）

定格電圧

モーターの定格電圧は、定格動作モードでの線間電圧を指します。

モーターの定格電圧の選択は、企業への電力システムの供給電圧とモーター容量の大きさによって決まります。

AC モーターの電圧レベルの選択は、主に使用場所の電源の電圧レベルによって決まります。

一般に低圧ネットワークは380Vですので、定格電圧は380V(Yまたは△結線)、220/380V(△/Y結線)、380/660V(△/Y結線)の3種類となります。

低圧モータの出力はある程度大きくなります（300KW/380Vなど）、電線の容量により電流が制限されるため大きくすることが困難、またはコストが高くなりすぎます。

電圧を上げて高出力を実現する必要がある。

高圧送電網の供給電圧は一般的に 6000V または 10000V ですが、海外では 3300V、6600V、11000V の電圧レベルもあります。高電圧モーターの利点は、高出力と衝撃に対する強い耐性です。欠点は慣性が大きく、発進、制動が難しいことです。

DC モーターの定格電圧も電源電圧と一致する必要があります。

一般的には110V、220V、440Vです。 220V が一般的な電圧レベルですが、高出力モーターは 600 ～ 1000V まで上げることができます。

AC電源が380Vで、三相ブリッジ型シリコン制御整流回路電源の場合、DCモータの定格電圧は440Vを選択する必要があります。三相半波シリコン制御整流回路電源の場合、定格電圧は440Vを選択する必要があります。 DC モーターの電圧は 220V である必要があります。

定格速度

モーターの定格速度は、定格動作モードでの速度を指します。

モーターとそれに引きずられる作業機械には、それぞれ独自の定格回転速度があります。

モーターの速度を選択するときは、速度が低すぎないことに注意してください。モーターの定格速度が低いほど、段数が増え、体積が大きくなり、価格が高くなります。同時に、モーターの速度が速すぎないようにする必要があります。

送信機構が複雑になり、保守が困難になるためです。

また、パワーが一定であれば、モーターのトルクは速度に反比例します。

したがって、始動とブレーキの要件がそれほど高くない人は、初期投資、床面積、メンテナンスコストの観点からいくつかの異なる定格速度を比較し、最終的に定格速度を決定できます。そして頻繁に発進、ブレーキ、リバースをします。

ただし、初期投資を考慮するだけでなく、移行プロセスの期間は生産性に影響を与えず、主に移行プロセスの最小損失の観点からモータの速度比と定格速度を選択します。

たとえば、ホイストモーターは頻繁な正逆回転を必要とし、トルクが非常に大きく、速度が非常に低く、モーターの体積が大きく、高価です。

モーター速度が高い場合は、モーターの臨界速度も考慮する必要があります。モーターの回転子は動作中に振動が発生し、回転子の振幅は速度の増加に伴って増加し、振幅が最大値に達すると一定の速度まで増加します（共振とも呼ばれます）。この速度を超えると速度の増加に伴って振幅は徐々に減少し、安定します。特定の範囲における最高速度のローター振幅はローター臨界速度と呼ばれます。

この速度は、ローターの固有の周波数に等しくなります。

速度が増加し続けると、振幅の固有周波数の 2 倍近くが再び増加します。速度が固有周波数の 2 倍に等しいとき、二次臨界速度と呼ばれます。次に、三次、 4 次およびその他の臨界速度。

ローターが危険速度で回転すると、激しい振動が発生し、シャフトの曲がりが大幅に増加し、長時間の使用によりシャフトの曲がりや変形が大きくなり、破損することもあります。

モーターの一次臨界速度は一般に 1500 rpm 以上であるため、従来の低速モーターでは一般に臨界速度の影響が考慮されていません。

逆に、定格速度が 3000 rpm に近い 2 極高速モーターの場合は、その影響を考慮する必要があり、危険な速度範囲での長期間の使用は避ける必要があります。

一般的にモータは、駆動する負荷の種類、モータの定格電力、定格電圧、定格回転速度を与えることでおおよそ決まります。

ただし、負荷要件を最適に満たすには、これらの基本パラメータだけでは十分ではありません。

提供されるその他のパラメーターには、特定の状況に応じて、周波数、オペレーティング システム、過負荷要件、絶縁レベル、保護レベル、回転慣性、負荷抵抗トルク曲線、設置方法、周囲温度、高度、屋外要件などが含まれます。

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