Электродвигатели и приводы для перерабатывающих предприятий

Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Существует много типов электродвигателей для технологических приложений. Распространенным типом является асинхронный двигатель переменного тока. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, несомненно, остается наиболее распространенным типом электродвигателей, используемых для привода различного механического оборудования и механизмов, включая насосы, компрессоры, конвейеры и погрузочно-разгрузочные устройства.

Причины тому — доступность по всему миру, отличная надежность, высокая производительность и простота обслуживания. Для асинхронных двигателей скорость определяется количеством магнитных полюсов в двигателе и переменной синусоидальной частотой электроэнергии, подаваемой на двигатель. 

Многие электродвигатели работают с магнитной связкой двух своих магнитных цепей. Один из этих контуров находится в статоре, а другой — в роторе, установленном на подшипниках. Эта потокосцепление создает момент силы на радиусе ротора, который приводит к крутящему моменту на валу двигателя, вызывающему вращение вала, приводящего в движение оборудование. В этой статье обсуждаются электродвигатели и приводы для различных приложений обработки. 

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором широко используются, поскольку они прочны, надежны и экономичны. Однофазные асинхронные двигатели широко используются для небольших машин и приводов. Хотя асинхронные двигатели традиционно используются в системах с фиксированной скоростью, они все чаще используются с частотно-регулируемыми приводами в системах с регулируемой скоростью. 

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором широко используются в устройствах с фиксированной скоростью и частотно-регулируемым приводом. Такой мотор редуктор состоит из неподвижной и вращающейся частей. Вращающийся ротор известен как ротор с короткозамкнутым ротором, поскольку он напоминает беличью клетку, тогда как статор обычно полностью намотан медными проводами с надлежащей изоляцией. Ротор с короткозамкнутым ротором обычно состоит из стального цилиндра с алюминиевыми или медными проводниками, встроенными в его поверхность. Ротор двигателя представляет собой цилиндр, установленный на валу. 

Твердый сердечник ротора состоит из пакетов листов электротехнической стали. У ротора меньше пазов, чем у статора. Количество пазов в статоре должно быть не целым числом, кратным количеству пазов в роторе, чтобы предотвратить магнитную блокировку зубцов ротора и статора в начале. Обычно в двигателях малых и средних размеров используется литой под давлением алюминий, залитый в ротор после укладки пластин. Некоторые более крупные двигатели имеют алюминиевые или медные стержни, приваренные или припаянные к концевым кольцам. Поскольку напряжение, развиваемое в обмотке с короткозамкнутым ротором, невелико, между стержнями и сталью ротора нет специального изоляционного слоя.

Асинхронные двигатели с фазным ротором.

Асинхронный двигатель с фазным ротором похож на версию с короткозамкнутым ротором во всех отношениях, за исключением того, что ротор намотан изолированными витками проволоки, а обмотка заканчивается рядом контактных колец на валу ротора. Другими словами, этот двигатель имеет трехфазную обмотку на роторе, оканчивающуюся тремя контактными кольцами, вместо конструкции с короткозамкнутым ротором. 

Обмотки ротора не подключены к источнику питания. Ротор в этом случае действует как вторичная обмотка трансформатора. Весь ток в роторе происходит от первичного тока (статора) и зависит от скольжения двигателя и величины сопротивления в цепи ротора. В трансформаторе общая энергия, проходящая через трансформатор, будет варьироваться в зависимости от нагрузки на вторичную обмотку. Если во вторичной цепи высокое сопротивление.

Уменьшение тока снижает крутящий момент, который может создать двигатель. С другой стороны, когда току в роторе позволяют увеличиваться, первичный ток также увеличивается, увеличивая доступный крутящий момент, поскольку больше магнитного потока добавляется как к первичному, так и к вторичному полю. Можно получить широкий диапазон регулирования крутящего момента двигателя путем изменения вторичного сопротивления.

Соединения выполняются с контактными кольцами через щетки и, в свою очередь, с внешним резистором, который можно отрегулировать для изменения характеристик скорости-момента двигателя. Для индукции с фазным ротором увеличение внешнего сопротивления управления приведет к достижению максимального крутящего момента двигателя на более низких скоростях до тех пор, пока максимальный крутящий момент не будет достигнут примерно на нулевой скорости. 

Увеличение сопротивления выше этого значения приведет к ограничению крутящего момента двигателя. Этот тип двигателя может использоваться там, где требуется управление крутящим моментом или где требуется работа с регулируемой скоростью без использования приводов с регулируемой скоростью. В приложении с переменной скоростью / переменным крутящим моментом сопротивление ротора регулируется для создания крутящего момента двигателя, который соответствует крутящему моменту нагрузки при конкретной желаемой скорости. 

Эта система не так полезна и экономична, как асинхронный двигатель с частотно-регулируемым приводом, основанный на новейших разработках силовой электроники и микропроцессоров. С появлением асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором VSD эти типы двигателей с переменной нагрузкой перестали быть популярными и практичными. Поскольку двигатель с фазным ротором дороже, чем обычный асинхронный двигатель, он больше не является популярным выбором. 

Если для привода синхронизированных конвейеров используется несколько двигателей с фазным ротором, все роторы могут быть подключены параллельно. При использовании общей переменной  частоты, применяемой к статорам, все двигатели будут синхронизироваться и поддерживать постоянные угловые отношения ротора, создавая так называемый «синхронный» привод. Это приложение можно найти на перерабатывающих предприятиях, на которых любая разница в скоростях конвейера может вызвать проблемы.

Корпуса двигателей.

Электродвигатели изготавливаются с различными механическими корпусами, обеспечивающими защиту рабочих частей в определенных условиях окружающей среды. Электромоторная промышленность включила ряд специальных классификаций корпусов в стандартные корпуса для двигателей. Хотя эти специальные корпуса классифицируются и доступны для разных двигателей, они по разным причинам не доступны для двигателей всех размеров. 

Открытые корпуса, которые позволяют проходить внешнему охлаждающему воздуху над обмотками и ротором двигателя и вокруг них, не подходят для многих технологических применений, поэтому они не будут рассматриваться в целях данной статьи. 

Полностью закрытые двигатели не имеют отверстий для воздуха, следовательно, нет свободного обмена воздухом между внутренней и внешней частью корпуса двигателя. Конструкция не является герметичной для жидкости и воздуха. Обычно ротор имеет ребра для циркуляции воздуха на каждом конце для циркуляции захваченного внутри воздуха и улучшения конвекционного охлаждения рамы. Номинальная мощность этих двигателей ограничена, поскольку они могут перегреться. Полностью закрытые двигатели с вентиляторным охлаждением представляют собой закрытые двигатели, оборудованные внешним вентилятором, работающим на валу двигателя, для циркуляции наружного воздуха по внешней стороне двигателя. Большинство двигателей имеют литые ребра по всей длине рамы, чтобы увеличить площадь поверхности и использовать охлаждение с помощью вентилятора.

Взрывобезопасный двигатель — это полностью закрытый двигатель, который спроектирован так, чтобы выдерживать внутренний взрыв газа или пара и сконструирован таким образом, чтобы предотвратить воспламенение в результате внутреннего взрыва газов или паров вне двигателя. Полностью закрытые, вентилируемые через трубы корпуса имеют специальные каналы или трубопроводы для нагнетания и выпуска вентиляционного воздуха из внешнего источника. Это создает управляемую вентиляцию. 

Полностью закрытые двигатели с водяным охлаждением охлаждаются посредством водяных каналов или проводников внутри корпуса двигателя. Другой популярной конструкцией закрытого двигателя является закрытый двигатель, оборудованный теплообменником вода-воздух в замкнутом контуре рециркуляции воздуха через двигатель. Воздух циркулирует через теплообменник и двигатель встроенными вентиляторами или вентиляторами, отдельными от вала ротора и приводимыми в действие отдельным набором небольших двигателей. Этот тип корпуса широко используется в крупных, ответственных и мощных электродвигателях. Полностью закрытые двигатели с теплообменником воздух-воздух аналогичны двигателям с теплообменником вода-воздух, за исключением того, что для отвода тепла от теплообменника используется внешний воздух, а не вода.

Подшипники и смазка.

Многие отказы и незапланированные остановки электродвигателей были связаны с отказом механических частей и компонентов, таких как подшипники и их смазка. Многие малые и средние электродвигатели оснащены подшипниками качения. Например, почти все асинхронные двигатели с рамой Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA) доступны с подшипниками качения, в основном шарикоподшипниками. Подшипники, используемые в двигателе, должны быть герметичными, чтобы смазка оставалась внутри подшипника и не допускала попадания загрязнений. Подшипники с двойным уплотнением широко используются во многих областях.

Во многих электродвигателях, изготовленных в соответствии со стандартами NEMA, используются шарикоподшипники с консистентной смазкой с высокими радиальными и осевыми нагрузками. Обычно они предварительно нагружены в осевом направлении, чтобы исключить любой радиальный или осевой люфт для бесшумной работы и длительного срока службы. Большинство торцевых рам двигателя включают стопорную пластину внешнего кольца на подшипнике конца вала для предотвращения вращения кольца из-за нагрузок на выходной вал. Эти особенности монтажа подшипников необходимы для обеспечения высокой производительности, длительного срока службы и высокоэффективной работы. Большинство производителей электродвигателей снабжают свои рамы больших размеров пресс-масленками для повторного смазывания в течение всего срока службы электродвигателя. В меньших рамах используются подшипники, заполненные консистентной смазкой и запломбированные на весь срок службы на заводе и не подлежащие повторной смазке.

Двигатели NEMA, подверженные высоким нагрузкам и рабочим температурам в больших корпусах, могут потребовать смазки подшипников качения маслом. Смазка может осуществляться либо за счет циркуляции масла внутри корпуса подшипника, либо из системы смазки под давлением. Кроме того, для двигателей, которым требуется выдерживать высокие осевые нагрузки, довольно часто только в одном направлении, могут использоваться конические или сферические упорные роликовые подшипники.

Шарикоподшипники подвержены преждевременному выходу из строя при использовании в электродвигателях с приводом от некоторых систем VSD. Эту распространенную проблему необходимо решить должным образом. Для таких отказов существует множество причин, но наиболее распространенной является высокая несущая частота, используемая в инверторе VSD для генерации синусоидальных токов для каждой фазы. Это приводит к генерации высокого синфазного напряжения внутри фазных обмоток статора.

Поскольку существует отличная электростатическая связь между статором / рамой и ротором от обмоток, на валу индуцируется напряжение. Шарикоподшипники представляют собой наименее устойчивый путь короткого замыкания на статор. Однако шарики редко контактируют с дорожками из-за пленки смазки или масла между ними. Когда напряжение на валу нарастает до тех пор, пока оно не превысит изолирующую способность пленки смазки, в смазочном зазоре возникает дуга напряжения, и через подшипник проходит ток пробоя. Через короткий промежуток времени на дорожках качения подшипников появятся канавки, что приведет к возникновению шума в подшипниках. Затем по мере продолжения процесса металлические частицы будут выходить из поверхностей подшипников, вызывая катастрофические отказы подшипников через несколько месяцев. Следовательно, все электродвигатели, приводимые в движение преобразователями частоты, В частности, приводы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) должны иметь систему заземления вала, чтобы обеспечить путь с низким сопротивлением между валом и корпусом двигателя. Существуют другие решения этой потенциальной проблемы, которые следует обсудить с поставщиком двигателя.

Система смазки состоит из теплообменников, фильтров, резервуара и масляных насосов. Большие электродвигатели обычно поставляются с подшипниками скольжения с масляной смазкой, в которые масло подается из правильно спроектированной системы смазки под давлением. Во многих системах смазки обычная смазка с масляных салазок поступает как на электродвигатель, так и на приводимое оборудование.

Большие двигатели имеют тепловые потери в подшипниках, которые не могут быть отведены напрямую, поэтому следует использовать систему смазочного масла под давлением, чтобы обеспечить достаточный поток масла как для смазки, так и для охлаждения подшипников. В такой системе смазочное масло закачивается в подшипники и рециркулирует через систему теплообменника для передачи выделяемого тепла. Масло, подаваемое к каждому подшипнику, дозируется, чтобы обеспечить только необходимое количество. 

Подшипники скольжения меньшего размера имеют форму цилиндрической оболочки и обычно изготавливаются из баббитового металла со стальной основой. Подшипники скольжения большего размера обычно разделяются по горизонтальной средней линии, что позволяет легко собирать и разбирать подшипники для осмотра и замены. Корпус подшипника также разделен по горизонтальной средней линии и удерживается болтами между верхней и нижней половинами.

Заключение. 

Часто бывает сложно отметить общее правило выбора электродвигателя. Традиционно предпочтение отдавалось использованию в качестве приводов асинхронных двигателей переменного тока, особенно асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, из-за большей надежности и других преимуществ. Однако некоторые диапазоны номинальной мощности и приложения, такие как большие драйверы, лучше обслуживаются другими вариантами, такими как синхронные электродвигатели. Вопросы, связанные с механическим кожухом, имеют решающее значение, поскольку они служат для защиты рабочих частей в определенных условиях окружающей среды технологических установок. Вопросы, связанные с подшипниками и смазкой, важны для надежности и длительного срока службы всех электродвигателей. 

2021-01-02

Коммерческое предложение
Добросовестное использование

Все права на материалы, находящиеся на сайте, охраняются в соответствии с законодательством РФ. При любом использовании материалов сайта письменное согласие обязательно. Торговые марки, логотипы и марки услуг, размещенные на данном сайте, являются собственностью mse-online.ru или третьих лиц.