Los contenidos básicos requeridos para la selección del motor son: tipo de carga impulsada, potencia nominal, voltaje nominal, velocidad nominal y otras condiciones.
En primer lugar, el tipo de carga impulsada
Esto tiene que ser invertido de las características del motor. Los motores se pueden dividir simplemente en motores de CC y motores de CA, y la CA se divide además en motores síncronos y motores asíncronos.
1. Motor CC
La ventaja del motor de CC es que la velocidad se puede ajustar fácilmente cambiando el voltaje y puede proporcionar un gran par. Es adecuado para cargas que necesitan ajustar la velocidad con frecuencia, como trenes de laminación en acerías, montacargas en minas, etc. Pero ahora, con el desarrollo de la tecnología de conversión de frecuencia, el motor de CA también puede ajustar la velocidad cambiando la frecuencia. Sin embargo, aunque el precio de los motores de frecuencia variable no es mucho más caro que el de los motores ordinarios, el precio de los convertidores de frecuencia ocupa una parte importante de todo el conjunto del equipo, por lo que otra ventaja de los motores de corriente continua es que son económicos.
La desventaja del motor DC es que la estructura es compleja. Mientras la estructura de cualquier dispositivo sea compleja, inevitablemente conducirá a un aumento en la tasa de fallas. En comparación con los motores de CA, los motores de CC no solo tienen devanados complicados (devanados de excitación, devanados de polos de conmutación, devanados de compensación, devanados de armadura), sino que también agregan anillos colectores, escobillas y conmutadores. No solo los requisitos de proceso del fabricante son altos, sino que el costo de mantenimiento en el período posterior también es relativamente alto. Por lo tanto, en las aplicaciones industriales, los motores de CC se encuentran en una situación embarazosa en la que disminuyen gradualmente pero aún tienen un lugar en la etapa de transición. Si el usuario tiene fondos suficientes, se recomienda elegir la solución de motor de CA con convertidor de frecuencia. Después de todo, el uso del convertidor de frecuencia también trae muchos beneficios, que no se discutirán en detalle.
2. Motor asíncrono
Las ventajas de los motores asíncronos son una estructura simple, un rendimiento estable, un mantenimiento conveniente y un precio bajo. Y el proceso de fabricación es también el más sencillo. Escuché de un viejo técnico en el taller que se necesitan dos motores síncronos o cuatro motores asíncronos de potencia similar para ensamblar un motor de corriente continua. Por tanto, los motores asíncronos son los más utilizados en la industria.
Los motores asíncronos se dividen además en motores de jaula de ardilla y motores bobinados, siendo la diferencia el rotor.
Los rotores de los motores de jaula de ardilla están hechos de tiras de metal, ya sea de cobre o de aluminio. El precio del aluminio es relativamente bajo, y mi país es un gran país de mineral de aluminio, que se usa ampliamente en ocasiones con requisitos bajos. Pero el cobre tiene mejores propiedades mecánicas y eléctricas que el aluminio, y la mayoría de los rotores con los que he estado en contacto son rotores de cobre. Después de que el motor de jaula de ardilla resuelve el problema de la desconexión en el proceso, la confiabilidad es mucho mayor que la del motor de rotor bobinado. La desventaja es que el par obtenido por el rotor de metal que corta las líneas del campo magnético en el campo magnético giratorio del estator es pequeño y la corriente de arranque es grande, por lo que es difícil manejar la carga que requiere un gran par de arranque. Aunque se puede obtener más par aumentando la longitud del núcleo del motor, la potencia es muy limitada. El motor de tipo devanado energiza el devanado del rotor a través del anillo deslizante cuando comienza a formar el campo magnético del rotor, que se mueve en relación con el campo magnético giratorio del estator, por lo que el par es mayor. Y en el proceso de inicio, la resistencia al agua está conectada en serie para reducir la corriente de inicio, y la resistencia al agua está controlada por un dispositivo de control electrónico maduro para cambiar el valor de resistencia con el proceso de inicio. Es adecuado para cargas como trenes de laminación y polipastos. En comparación con el motor de jaula de ardilla, el motor asíncrono bobinado agrega anillos deslizantes, resistencia al agua, etc., y el precio general del equipo tiene un cierto aumento. En comparación con el motor de CC, el rango de regulación de velocidad es relativamente estrecho y el par es relativamente pequeño, y el valor correspondiente también es bajo.
Sin embargo, el motor asíncrono establece un campo magnético giratorio porque el devanado del estator está energizado y el devanado es un elemento inductivo que no realiza trabajo. Necesita absorber energía reactiva de la red eléctrica, lo que tiene un gran impacto en la red eléctrica. Experiencia intuitiva cuando los aparatos eléctricos inductivos de alta potencia están conectados a la red, el voltaje de la red cae y el brillo de las luces disminuye. Por lo tanto, la oficina de suministro de energía limitará el uso de motores asíncronos, que también es algo que muchas fábricas deben considerar. Algunos grandes consumidores de energía, como las acerías y las plantas de aluminio, eligen construir sus propias plantas de energía para formar sus propias redes eléctricas independientes para reducir las restricciones en el uso de motores asíncronos. Por lo tanto, si el motor asíncrono necesita cumplir con el uso de cargas de alta potencia, debe estar equipado con un dispositivo de compensación de potencia reactiva, mientras que el motor síncrono puede proporcionar potencia reactiva a la red a través del dispositivo de excitación. Etapa motora.
3. Motor síncrono
Además del estado de sobreexcitación que puede compensar la potencia reactiva, las ventajas de los motores síncronos incluyen: 1) La velocidad del motor síncrono sigue estrictamente n=60f/p, y la velocidad se puede controlar con precisión; 2) La estabilidad de la operación es alta, cuando el voltaje de la red cae repentinamente, su El sistema de excitación generalmente forzará la excitación para garantizar un funcionamiento estable del motor, mientras que el par del motor asíncrono (proporcional al cuadrado del voltaje) caerá significativamente; 3) La capacidad de sobrecarga es mayor que la del motor asíncrono correspondiente; 4) La eficiencia operativa es alta, especialmente para motores síncronos de baja velocidad.
Los motores síncronos no pueden arrancarse directamente y deben arrancarse de forma asíncrona o con frecuencia variable. Arranque asíncrono significa que el motor síncrono está equipado con un devanado de arranque similar al devanado de jaula del motor asíncrono en el rotor, y una resistencia adicional aproximadamente 10 veces el valor de resistencia del devanado de excitación está conectada en serie en el circuito de excitación para formar un circuito cerrado, y el estator del motor síncrono está conectado directamente. La red eléctrica, para que arranque como un motor asíncrono. Cuando la velocidad alcanza la velocidad subsincrónica (95 por ciento), el método inicial de cortar la resistencia adicional; el inicio de la conversión de frecuencia no se repite. Entonces, una de las desventajas de los motores síncronos es la necesidad de agregar equipos adicionales para el arranque.
Los motores síncronos funcionan con corriente de excitación y, si no hay excitación, el motor es asíncrono. La excitación es un sistema de CC aplicado al rotor, y su velocidad de rotación y polaridad son consistentes con el estator. Si hay un problema con la excitación, el motor perderá su paso y no se podrá ajustar, disparando la protección "fallo de excitación". El motor dispara. Por lo tanto, la segunda desventaja del motor síncrono es que necesita aumentar el dispositivo de excitación, que en el pasado era alimentado directamente por la máquina de CC, pero ahora es alimentado principalmente por el rectificador de tiristores. Como dice el viejo refrán, cuanto más compleja es la estructura y más equipo, más puntos de falla y mayor la tasa de falla.
De acuerdo con las características de desempeño de los motores síncronos, sus aplicaciones son principalmente en cargas como polipastos, molinos, ventiladores, compresores, laminadores y bombas de agua.
En resumen, el principio de seleccionar un motor es que, bajo la premisa de que el rendimiento del motor cumple con los requisitos de la maquinaria de producción, se prefiere el motor con estructura simple, precio bajo, operación confiable y mantenimiento conveniente. A este respecto, el motor de CA es mejor que el motor de CC, el motor asíncrono de CA es mejor que el motor síncrono de CA y el motor asíncrono de jaula de ardilla es mejor que el motor asíncrono bobinado.
Para maquinaria de producción que tenga una carga estable y que no tenga requisitos especiales para el arranque y el frenado, se deben preferir los motores asíncronos de jaula de ardilla ordinarios, que son ampliamente utilizados en maquinaria, bombas de agua, ventiladores, etc.
El arranque y el frenado son frecuentes, y la maquinaria de producción que requiere un gran par de arranque y frenado, como puentes grúa, montacargas de minas, compresores de aire, laminadores irreversibles, etc., debe utilizar motores asíncronos bobinados.
Cuando no exista un requisito de regulación de velocidad, se requiera que la velocidad de rotación sea constante o se requiera mejorar el factor de potencia, se deben utilizar motores síncronos, tales como bombas de agua de mediana y gran capacidad, compresores de aire, polipastos, molinos, etc.
Para maquinaria de producción que requiere un rango de regulación de velocidad de 1:3 o más, y requiere una regulación de velocidad continua, estable y suave, se recomienda utilizar motores de corriente continua excitados por separado o motores asíncronos de jaula de ardilla o motores síncronos con regulación de velocidad de frecuencia variable, tales como grandes máquinas herramienta de precisión, cepillos de pórtico, trenes de laminación, polipastos, etc.
Maquinaria de producción que requiere un gran par de arranque y características mecánicas blandas, utiliza motores de CC de excitación en serie o compuesta, como tranvías, locomotoras eléctricas, grúas pesadas, etc.
2. Potencia nominal
La potencia nominal del motor se refiere a la potencia de salida, es decir, la potencia del eje, también conocida como capacidad, que es el parámetro icónico del motor. La gente a menudo pregunta qué tan grande es el motor. Generalmente, no se refiere al tamaño del motor, sino a la potencia nominal. Es el indicador más importante para cuantificar la capacidad de carga de arrastre del motor y también son los requisitos de parámetros que se deben proporcionar cuando se selecciona el motor.
El principio de seleccionar correctamente la capacidad del motor debe ser la decisión más económica y razonable sobre la potencia del motor bajo la premisa de que el motor puede cumplir con los requisitos de la carga mecánica de producción. Si la potencia es demasiado grande, la inversión en equipos aumentará, causando desperdicio, y el motor a menudo funciona bajo carga, y la eficiencia y el factor de potencia del motor de CA son bajos; por el contrario, si la potencia es demasiado pequeña, el motor se sobrecargará y hará que el motor funcione prematuramente. daño.
Hay tres factores que determinan la potencia principal del motor:
1) El calentamiento y aumento de temperatura del motor son los factores más importantes que determinan la potencia del motor;
2) Permitir capacidad de sobrecarga de corta duración;
3) Para motores asíncronos de jaula de ardilla, también se debe considerar la capacidad de arranque.
Primero, la maquinaria de producción específica calcula y selecciona la potencia de carga de acuerdo con su generación de calor, aumento de temperatura y requisitos de carga, y luego preselecciona la potencia nominal del motor de acuerdo con la potencia de carga, el sistema de trabajo y los requisitos de sobrecarga. Después de preseleccionar la potencia nominal del motor, se debe verificar la capacidad de calentamiento, de sobrecarga y, si es necesario, la capacidad de arranque. Si uno de ellos no está calificado, el motor debe volver a seleccionarse y verificarse nuevamente hasta que todos los elementos estén calificados. Por lo tanto, el sistema de trabajo también es uno de los requisitos que se deben proporcionar. Si no hay requerimiento, se manejará por defecto el sistema de trabajo S1 más convencional; el motor con requisitos de sobrecarga también debe proporcionar el múltiplo de sobrecarga y el tiempo de funcionamiento correspondiente; el motor asíncrono de jaula de ardilla impulsa la gran rotación del ventilador, etc. En el caso de carga de inercia, también es necesario proporcionar el momento de inercia de carga y la curva de par de resistencia de arranque para verificar la capacidad de arranque.
La selección anterior de potencia nominal se realiza bajo la premisa de que la temperatura ambiente estándar es de 40 grados. Si cambia la temperatura ambiente en la que trabaja el motor, se debe corregir la potencia nominal del motor. Según el cálculo teórico y la práctica, cuando la temperatura ambiente es diferente, la potencia del motor se puede aumentar o disminuir aproximadamente según la tabla a continuación.
Por lo tanto, es necesario proporcionar la temperatura ambiente en áreas con climas severos, como India, donde la temperatura ambiente debe verificarse a 50 grados. Además, la gran altitud también afectará la potencia del motor. Cuanto mayor sea la altitud, mayor será el aumento de temperatura del motor y menor la potencia de salida. Y el motor utilizado a gran altura también debe tener en cuenta la influencia del fenómeno corona.
En cuanto al rango de potencia de los motores eléctricos actualmente en el mercado, me gustaría enumerar los datos en la tabla de rendimiento de mi empresa como referencia.
Motor CC: ZD9350 (molino) 9350kW
Motor asíncrono: jaula de ardilla tipo YGF1120-4 (ventilador de alto horno) 28000kW
Tipo de bobinado YRKK1000-6 (laminador en bruto) 7400kW
Motor síncrono: TWS36000-4 (ventilador de alto horno) 36000kW (la unidad de prueba alcanza los 40000kW)
3. Tensión nominal
La tensión nominal del motor se refiere a la tensión de línea en el modo de funcionamiento nominal.
La elección de la tensión nominal del motor depende de la tensión de alimentación del sistema eléctrico de la empresa y del tamaño de la capacidad del motor.
La elección del nivel de voltaje del motor de CA depende principalmente del nivel de voltaje de la fuente de alimentación del lugar de uso. Generalmente, la red de bajo voltaje es de 380 V, por lo que el voltaje nominal es de 380 V (conexión Y o △), 220/380 V (conexión △/Y) y 380/660 V (conexión △/Y). Cuando la potencia del motor de bajo voltaje aumenta hasta cierto punto (como 300 KW/380 V), es difícil aumentar la corriente debido a la limitación de la capacidad de carga del cable o el costo es demasiado alto. Es necesario lograr una salida de alta potencia aumentando el voltaje. El voltaje de la fuente de alimentación de la red de alto voltaje es generalmente de 6000 V o 10000 V, y también hay niveles de voltaje de 3300 V, 6600 V y 11000 V en el extranjero. La ventaja del motor de alto voltaje es que tiene alta potencia y fuerte resistencia al impacto; la desventaja es que la inercia es grande y es difícil arrancar y frenar.
El voltaje nominal del motor de CC también debe coincidir con el voltaje de la fuente de alimentación. Generalmente 110V, 220V y 440V. Entre ellos, 220 V es un nivel de voltaje común y los motores de alta potencia se pueden aumentar a 600-1000 V. Cuando la fuente de alimentación de CA es de 380 V y el circuito rectificador de tiristor de puente trifásico se utiliza para la fuente de alimentación, el voltaje nominal del motor de CC debe ser de 440 V. Cuando la fuente de alimentación del rectificador de tiristor de media onda trifásico se utiliza para la fuente de alimentación, el voltaje nominal del motor de CC debe ser de 220 V.
4. Velocidad nominal
La velocidad nominal del motor se refiere a la velocidad en el modo de trabajo nominal.
El motor y la maquinaria de trabajo impulsada por él tienen su propia velocidad nominal. Al elegir la velocidad del motor, se debe tener en cuenta que la velocidad no debe ser demasiado baja, porque cuanto menor sea la velocidad nominal del motor, más series, mayor será el volumen y mayor será el precio; al mismo tiempo, la velocidad del motor no debe seleccionarse demasiado. alto, ya que esto haría que la transmisión fuera demasiado compleja y difícil de mantener.
Además, cuando la potencia es constante, el par motor es inversamente proporcional a la velocidad.
Por lo tanto, aquellos con bajos requisitos de arranque y frenado pueden comparar exhaustivamente varias velocidades nominales diferentes desde los aspectos de inversión inicial, espacio de piso y costos de mantenimiento, y finalmente determinar la velocidad nominal; mientras que el arranque, el frenado y la inversión son frecuentes. Sin embargo, si la duración del proceso de transición tiene poco efecto en la productividad, además de considerar la inversión inicial, la relación de velocidad y la velocidad nominal del motor se seleccionan principalmente en función de la condición del cantidad mínima de pérdida en el proceso de transición. Por ejemplo, el motor del polipasto necesita una rotación frecuente hacia adelante y hacia atrás y tiene un gran par, por lo que la velocidad es muy baja, el motor es voluminoso y costoso.
Cuando la velocidad del motor es alta, también se debe considerar la velocidad crítica del motor. El rotor del motor vibrará durante el funcionamiento, y la amplitud del rotor aumenta con el aumento de la velocidad. Cuando alcanza una cierta velocidad, la amplitud alcanza el valor máximo (es decir, se suele llamar resonancia). Después de esta velocidad, la amplitud aumenta con la velocidad. Disminuye gradualmente y se estabiliza dentro de un cierto rango. La velocidad de rotación con la mayor amplitud del rotor se denomina velocidad de rotación crítica del rotor. Esta velocidad de rotación es igual a la frecuencia natural del rotor. Cuando la velocidad continúa aumentando, la amplitud aumentará nuevamente cuando esté cerca de 2 veces la frecuencia natural. Cuando la velocidad es igual a 2 veces la frecuencia natural, se denomina velocidad crítica de segundo orden y, por analogía, existen velocidades críticas de tercer y cuarto orden. Si el rotor funciona a una velocidad crítica, se producirán fuertes vibraciones y el grado de flexión del eje aumentará significativamente. La operación a largo plazo también causará una grave deformación por flexión del eje, o incluso la rotura. La velocidad crítica de primer orden del motor generalmente está por encima de las 1500 rpm, por lo que los motores convencionales de baja velocidad generalmente no consideran la influencia de la velocidad crítica. Por otro lado, para un motor de alta velocidad de 2-polos, la velocidad nominal es cercana a las 3000 rpm, y esta influencia debe ser considerada, y es necesario evitar usar el motor en el rango crítico de velocidad para mucho tiempo.
En términos generales, el motor se puede determinar aproximadamente proporcionando el tipo de carga impulsada, la potencia nominal, el voltaje nominal y la velocidad nominal del motor. Sin embargo, estos parámetros básicos están lejos de ser suficientes si los requisitos de carga deben cumplirse de manera óptima. Los parámetros que también deben proporcionarse incluyen: frecuencia, sistema de trabajo, requisitos de sobrecarga, clase de aislamiento, clase de protección, momento de inercia, curva de par de resistencia de carga, método de instalación, temperatura ambiente, altitud, requisitos exteriores, etc., que se proporcionan de acuerdo con a condiciones específicas.
