Руководство по электродвигателям постоянного тока: выбор, характеристики и решения по модернизации

400 кВт электродвигатель постоянного тока на бумагоделательной машине мокрая часть машины удерживает скорость в пределах 0,1% в диапазоне 20:1, поскольку напряжение якоря задает скорость, а ток возбуждения задает крутящий момент. Именно из-за этого разделения по-прежнему заказываются машины постоянного тока для перемотки, подъемников, экструдеров и реверсивных клетей, хотя приводы переменного тока с регулируемой частотой выигрывают почти в каждом новом проекте. Узкий вопрос, с которым сталкивается большинство заводов, другой: является ли двигатель постоянного тока по-прежнему правильным ответом для одной конкретной приводной машины и что должно быть в спецификации, чтобы обеспечить его работу еще пятнадцать лет?

В этом сегменте рынка доминирует обязанность по модернизации. Когда рама, муфта, редуктор и фундамент были рассчитаны на машину постоянного тока, замена двигателя переменного тока и привода обычно означает повторную обработку механического интерфейса, изменение маршрута кабельных лотков и повторную проверку модели крутящего момента в процессе, который не может позволить себе длительный простой. Сохранение существующего двигателя и замена преобразователя, источника питания и устройства обратной связи зачастую является более коротким путем возврата к производству.

Остальная часть этого руководства посвящена тому, что такое двигатель постоянного тока, в чем он по-прежнему превосходит привод переменного тока, какие цифры определяют спецификацию, почему эти машины выходят из строя и как купить такой двигатель, не унаследовав проблемы другого завода.

Что на самом деле представляет собой электродвигатель постоянного тока

Электродвигатель постоянного тока — это вращающаяся машина, которая преобразует электрическую энергию постоянного тока в механический крутящий момент путем подачи тока через коллектор и набор щеток в обмотку якоря, в то время как отдельно подаваемая обмотка возбуждения создает магнитный поток. Крутящий момент пропорционален току якоря, умноженному на поток возбуждения; Скорость возрастает с увеличением напряжения якоря и падает с увеличением потока возбуждения. Поскольку эти две переменные поступают от независимых источников энергии, машина обеспечивает номинальный крутящий момент в состоянии покоя и поддерживает заданную скорость без модели ротора.

Пять сборок несут все необходимое в эксплуатации:

• Полюсы рамы и возбуждения, по которым передается основной поток, а на рамах большего размера - компенсационная обмотка, которая нейтрализует реакцию якоря под поверхностью полюса.
• Промежуточные полюса, подключенные последовательно с якорем, меняют направление тока в катушке, когда он проходит через щетку, и защищают коммутацию от искрения.
• Ламинированный якорь, обмотка которого преобразует ток в крутящий момент.
• Коллектор и щеточный механизм — единственные детали, которые изнашиваются при нормальной работе.
• Контур охлаждения, обычно IC06 с отдельной вентиляцией или IC17 «воздух-воздух» на больших корпусах и IC411 на меньших.

Машины с независимым возбуждением нуждаются в жестком источнике возбуждения: ток возбуждения, который проседает во время падения напряжения на объекте, меняет магнитный поток, меняет скорость и может вызвать искрение на кромке щетки за несколько циклов. Аппаратное обеспечение статического возбуждения, которое поддерживает постоянный ток возбуждения при изменении напряжения питания, обеспечивает предсказуемость коммутации и стабильности скорости в течение длительного срока службы.

Специальные и стандартные шкафы возбуждения для управления двигателями Настраиваемые шкафы возбуждения регулируют ток возбуждения для поддержания стабильного потока, скорости и коммутации для систем двигателей с отдельным возбуждением. Посмотреть продукт →

Где электродвигатель постоянного тока все еще превосходит привод переменного тока

Двигатель постоянного тока является лучшим выбором в четырех конкретных ситуациях: требуется полный крутящий момент при нулевой скорости, диапазон постоянного крутящего момента шире, чем 10:1, существующий механический интерфейс должен быть сохранен вплоть до шпоночной канавки вала, или нагрузка требует очень высокого пускового момента без редуктора. В других случаях асинхронный двигатель с векторным приводом дешевле покупать, дешевле обслуживать и более эффективен в эксплуатации.

В цехах сохранившиеся обязанности постоянного тока следуют предсказуемой схеме:

Ни одна из этих обязанностей не выбрана ради эффективности. Их выбирают потому, что приводная машина, технологическое окно или бюджет простоев не оставляют более дешевого способа поддерживать ту же производительность.

Числа, которые определяют спецификацию двигателя постоянного тока

Пять значений определяют большинство характеристик двигателя постоянного тока: напряжение якоря, напряжение возбуждения, базовая скорость, максимальная скорость и крутящий момент, необходимый при нулевой скорости. Охлаждение, класс изоляции, номинал корпуса и тип обратной связи зависят от рабочего цикла и окружающей среды вокруг машины.

Напряжение якоря обычно фиксируется преобразователем, который питает двигатель, поэтому это первое ограничение, которое необходимо подтвердить, а не последнее. Пульсации имеют такое же значение, как и номинальное значение: высокие пульсации преобразователя с малой нагрузкой увеличивают нагрев якоря и сокращают срок службы пленки коллектора, поэтому рабочий цикл и номинал преобразователя указываются вместе.

Эти моменты реальны, но они редко решают проект самостоятельно. Модернизация, при которой повторно используется существующий двигатель, позволяет избежать механических работ, времени на ввод в эксплуатацию и технологических рисков; энергетический штраф восстанавливается только через годы непрерывной работы. Если машина работает 8000 часов в год, арифметика меняется и в экономическое обоснование входит расчет полного жизненного цикла.

Как выходит из строя двигатель постоянного тока и сколько это стоит

Машина постоянного тока редко выходит из строя на обмотке; он умирает на коммутаторе. Износ щеток, разрушение пленки, искрообразование и пробой являются причиной большинства незапланированных простоев двигателей постоянного тока, и каждый из них развивается достаточно медленно, чтобы его можно было обнаружить при плановой проверке.

• Пробой пленки коллектора. Неправильный тип щетки, низкая влажность или загрязненный охлаждающий воздух разрушают оксидную пленку, и в течение нескольких недель возникает искрение.
• Износ и стук щеток. Потеря давления пружины, овальный коммутатор или вибрация машины ускоряют износ и оставляют неровные следы щеток.
• Вспышка. Внезапная перегрузка или потеря поля возникают на щеточных рычагах и обычно заканчиваются замыканием коллектора на месте или в мастерской.
• Межполюсная и компенсирующая неисправности обмотки. Ослабленное соединение или закороченный виток проявляется в виде сильного искрения под нагрузкой, а не в режиме холостого хода.
• Старение изоляции. Циклическая работа и термоциклирование делают изоляцию якоря хрупкой задолго до того, как подшипники начнут выходить из строя.
• Загрязнение. Углеродная пыль, масляный туман и влага охлаждающего воздуха воздействуют как на изоляцию, так и на пленку, а на бумажных или пищевых линиях углеродная пыль становится проблемой качества продукции.

Это также причина, по которой восстановление является законным ответом. Перемотка, очистка и повторное бандажирование якоря постоянного тока, а затем повторная установка щеточного механизма по исходным чертежам часто обходятся в несколько раз дешевле нового двигателя и сохраняют механический интерфейс нетронутым. Решение зависит от состояния коллекторных стояков и от того, находятся ли исходный сердечник и вал в пределах допуска.

Как выбрать и приобрести двигатель постоянного тока, не обжегшись

Начинайте с работающей машины, а не со старой заводской таблички. Замена, которая соответствует паспортной табличке, но игнорирует муфту, рабочий цикл и условия окружающей среды, является самым дорогим видом ремонта.

1. Запишите механический интерфейс: диаметр и удлинение вала, шпоночный паз, расположение фланца или опоры, высоту центра, а также любые тормоза или тахометры, установленные на неприводной стороне.
2. Запишите рабочий цикл: непрерывный или прерывистый, количество пусков в час, циклы реверса, температуру окружающей среды, высоту над уровнем моря и продолжительность работы машины ниже базовой скорости.
3. Прежде чем запрашивать цены, исправьте электрические параметры: напряжение якоря преобразователя, напряжение возбуждения, тип устройства обратной связи, а также вопрос о том, будет ли преобразователь сохранен или заменен.
4. Установите требования к температуре и защите: класс изоляции F с повышением класса B как минимум, класс IP, соответствующий требованиям к пыли и промывке, обогреватели, термометры сопротивления и срабатывание по температуре обмотки.
5. Согласовать комплект запасных частей и документации: марку и комплект щеток, пружины, держатели, порядок обслуживания коллектора, протокол заводских испытаний и габаритный чертеж.

Работа в опасной зоне добавляет еще один уровень. Машина постоянного тока со щеточным механизмом для зоны 1 обычно поставляется во взрывозащищенном корпусе, а область сертификации должна охватывать клеммную коробку, обогреватели и тахометр, а также сам двигатель. Покупка двигателя, комплектующих и пускового оборудования в одном пакете устраняет большую часть рисков интеграции; Компания Shanghai Pinxing Explosion-proof Motor Co., Ltd. производит высоковольтные, низковольтные и взрывозащищенные двигатели, а также оборудование постоянного тока и управления вокруг них, а также свои документированные установки проекта показать, с чем сталкивается оборудование на угольных, нефтехимических и металлургических заводах.

Модернизация редко останавливается на двигателе. Если источник питания постоянного тока устарел, чем привод, который он питает, замена распределительного оборудования при том же отключении предотвращает второе отключение позднее в том же году.

Изготовленные на заказ панели питания постоянного тока для запуска и управления двигателем Панели питания постоянного тока для запуска и управления двигателем, актуальны в тех случаях, когда модернизация требует замены устаревшего распределительного оборудования для управления питанием постоянного тока. Посмотреть продукт →

Часто задаваемые вопросы об электродвигателях постоянного тока

Для чего нужен электродвигатель постоянного тока?

Он приводит в движение нагрузки, которым требуется полный крутящий момент на нулевой скорости или в очень широком диапазоне постоянного крутящего момента: клети реверсивной мельницы, секции бумагоделательных машин, шахтные подъемники, экструдеры, крановые подъемники и небольшие приводы с постоянными магнитами в оборудовании с батарейным питанием.

Является ли двигатель постоянного тока лучше, чем двигатель переменного тока с ЧРП?

Для новых установок - нет. Двигатель переменного тока с векторным приводом более эффективен и не требует обслуживания щеток. Для существующей машины постоянного тока с фиксированным механическим интерфейсом сохранение двигателя постоянного тока часто оказывается быстрее и дешевле, чем повторная обработка трансмиссии.

Как долго работает двигатель постоянного тока?

Пятнадцать лет и более — это нормально при плановом осмотре щеток, проверке пленки и периодической очистке коллектора. Ограничивающим фактором обычно является состояние коллектора и изоляции, а не срок службы подшипника.

Можно ли использовать двигатель постоянного тока в опасной зоне?

Да, обычно во взрывозащищенном корпусе с сертифицированным щеточным механизмом, клеммной коробкой и принадлежностями. Область сертификации должна охватывать каждый компонент, добавленный к машине, включая обогреватели и устройства обратной связи по скорости.