1. Einleitung
Bei der Wasserumleitung, dem Hochwasserschutz und der Entwässerung, der Abwasseraufbereitung, der Bewässerung von Ackerland, dem Umweltschutz usw. werden Wasserschutzprojekte mit geringem Hub und großem Durchfluss durch Pumpentore häufig eingesetzt. Normalerweise handelt es sich bei den meisten langsam laufenden Pumpen, die in solchen Wasserschutzprojekten eingesetzt werden, um langsamlaufende Pumpen mit weniger als 500 U/min. Zu den häufig verwendeten Wasserpumpenmotoren gehören Asynchronmotoren, Synchronmotoren und spezielle Tauchmotoren. Viele der niedrigen Geschwindigkeiten werden jedoch durch den Einsatz von Hochgeschwindigkeitsmotoren erreicht, die an Untersetzungsgetriebe angeschlossen sind. Da die Untersetzungsgetriebe selbst mechanische Verluste aufweisen und leicht verschleißen, führt diese Art von Pumpensystem mit niedriger Drehzahl auch zu einem geringen Wirkungsgrad, einem hohen Stromverbrauch, hohem Lärm und Vibrationen, einem großen Volumen und einem hohen Wartungsaufwand.
Permanentmagnet-Synchronmotoren bieten jedoch bei solchen Anwendungen im Wasserschutzbau unvergleichliche Anwendungsvorteile. Der Permanentmagnet-Synchronmotor ist für eine niedrige Drehzahl ausgelegt und kann das Laufrad direkt antreiben, sodass keine Untersetzungsstruktur erforderlich ist. Der Gesamtwirkungsgrad des Systems ist hoch, Geräusche und Vibrationen sind gering und der Betrieb ist sicherer und zuverlässiger. Es arbeitet mit dem speziellen Permanentmagnet-Steuerungssystem zusammen, um ein Antriebssystem zu bilden, das sich auf die enormen Vorteile der Energieeinsparung und des Umweltschutzes stützt, und ist zu einem neuen Trend in der Entwicklung von Pumpen mit niedriger Drehzahl geworden.
2. Aktueller Anwendungsstatus von Pumpen mit geringer Förderhöhe, hohem Durchfluss und niedriger Drehzahl in Wasserschutzprojekten
2.1 Wellenquerstrompumpe mit Asynchronmotor + Untersetzungsgetriebe
Die strukturelle Form und die technische Anwendung der Wellen-Querstrompumpe mit Asynchronmotor + Untersetzungsgetriebe sind in Abbildung 1 dargestellt. Diese Art von Querstrompumpe mit vertikaler Welle wird im Allgemeinen von einem 4- bis 8-poligen Asynchronmotor + Untersetzungsgetriebe angetrieben. Die axiale Länge ist groß, das Untersetzungsgetriebe ist leicht zu verschleißen und das Schmieröl muss regelmäßig ausgetauscht werden. Der Wartungsaufwand ist groß, die Wartungskosten sind hoch und das System ist weniger effizient. Da es Hochgeschwindigkeitsrotations- und Reibungsteile gibt, ist das Vibrationsgeräusch hoch und die Systemeffizienz niedrig.
2.2 Direktangetriebene Schrägwellenpumpe mit Asynchronmotor
Die strukturelle Form und technische Anwendung einer direkt angetriebenen Schrägachsenpumpe mit Asynchronmotor ist in Abbildung 2 dargestellt. Die bei dieser Art von direkt angetriebener Schrägwellenpumpe mit Asynchronmotor verwendete Drehzahl des Asynchronmotors liegt im Allgemeinen zwischen 200 und 300 U/min. Obwohl der Asynchronmotor mit niedriger Drehzahl das Untersetzungsgetriebe direkt antreibt, wird der mehrpolige Asynchronmotor mit niedriger Drehzahl von der Struktur, der Technologie und der Wärmeableitung beeinflusst. Die Motorstruktur wird von vielen Faktoren beeinflusst, die Struktur ist komplex, der Prozess ist schwierig, der Motor ist groß, hat eine große Masse, einen geringen Wirkungsgrad und der Leistungsfaktor cos ist extrem klein (im Allgemeinen etwa 0.6, bei geringer Last sogar noch niedriger und hoch). -Blindleistungskompensation muss konfiguriert werden). Darüber hinaus ist der Blindstrom des Motors groß, sodass die Leistungsübertragungs- und -verteilungskapazität um mindestens 1/3 erhöht werden muss.
2.3 Vertikale, asynchrone, motorbetriebene vertikale Axialpumpe mit niedriger Drehzahl
Die strukturelle Form und die technische Anwendung der vertikalen, von einem Asynchronmotor mit niedriger Drehzahl angetriebenen vertikalen Axialpumpe sind in Abbildung 3 dargestellt. Dieser Typ einer vertikalen Axialpumpe, die von einem vertikalen Asynchronmotor mit niedriger Drehzahl angetrieben wird, ist derselbe wie die Pumpe mit geneigter Achse direkt vom Asynchronmotor angetrieben. Der mehrpolige Motor mit niedriger Drehzahl weist eine komplexe Struktur, einen schwierigen Prozess, eine große Größe, eine große Masse, einen geringen Wirkungsgrad und einen extrem niedrigen Leistungsfaktor auf.
2.4 Asynchronmotor + Untersetzungsgetriebe und direktgetriebene Cross-Flow-Tauchpumpe mit Asynchronmotor und niedriger Drehzahl
Bei Asynchronmotor + Untersetzungsgetriebe und direkt angetriebenen Querstrom-Tauchpumpen mit Asynchronmotor mit niedriger Drehzahl treten die Probleme der Systemvibration und des hohen Geräuschpegels stärker in den Vordergrund und die Struktur ist komplexer. Die Struktur von Asynchronmotoren mit niedriger Drehzahl wird hauptsächlich durch die große Größe des Asynchronmotors beeinflusst, und Probleme wie eine verringerte Querschnittsfläche des Strömungskanals treten stärker in den Vordergrund.
3 Die enormen Vorteile von Permanentmagnetmotoren mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment
3.1 Entwicklung und Anwendung von Permanentmagnetmotoren
Ein Permanentmagnetmotor ist ein Gerät, das Permanentmagnete verwendet, um ein Erregermagnetfeld aufzubauen, um eine elektromechanische Energieumwandlung zu erreichen. Seit der Einführung hocheffizienter NdFeB-Permanentmagnetmaterialien mit höheren magnetischen Eigenschaften und relativ niedrigeren Preisen im Jahr 1983 hat sich der Schwerpunkt der Forschung und Entwicklung im In- und Ausland auf industrielle und zivile Permanentmagnetmotoren verlagert. In den letzten zehn Jahren gab es viele erfolgreiche Anwendungen in verschiedenen Branchen. Der Wirkungsgrad eines hocheffizienten NdFeB-Permanentmagnet-Synchronmotors bei Nennlast ist 2 bis 8 % höher als der eines Induktions-Asynchronmotors derselben Spezifikation und kann innerhalb des Nennlastbereichs einen hohen Wirkungsgrad und einen hohen Wirkungsgrad aufrechterhalten 25 % ~ 120 %. Der große Leistungsfaktor macht den Energiespareffekt bei Schwachlastbetrieb noch deutlicher.
3.2 Vergleich der Stator- und Rotorstrukturen von Permanentmagnetmotoren mit niedriger Drehzahl und Asynchronmotoren mit niedriger Drehzahl
Um die Eigenschaften von Permanentmagnetmotoren mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment weiter zu analysieren, folgt eine Analyse der Vorteile von Permanentmagnetmotoren basierend auf den Unterschieden in den spezifischen Strukturen des Stators und Rotors von 20-poligen Permanentmagnetmotoren und 20-polige Asynchronmotoren. Abbildung 4 zeigt den Stator und Rotor des Permanentmagnetmotors und Abbildung 5 zeigt den Stator und Rotor des Asynchronmotors.
Der Stator eines Asynchronmotors verfügt im Allgemeinen über mehr als 120 Spulen und der Kupferstab des Rotors weist im Allgemeinen mehr als 100 Kupferstäbe auf. Im Vergleich zu Permanentmagnetmotoren sind die Stator- und Rotorprozesse von Asynchronmotoren viel komplexer, was es für allgemeine Motorenhersteller schwierig macht, sie herzustellen. Insbesondere wenn sich der Rotor des Asynchronmotors dreht, hat der Kupferstab des Rotors eine niedrige Spannung und einen großen Strom, der Rotor hat auch Wirbelstrom und erzeugt eine große Wärmemenge, was zu heiklen Problemen bei der Wärmeableitung führt (im Allgemeinen wird ein radialer, axialer Export außerhalb des Körpers verwendet). und andere umfangreiche Wärmeabfuhrmaßnahmen) muss das Rotorvolumen vergrößert werden. Der Rotor des Permanentmagnetmotors muss keine Wärme ableiten, was den Prozess und die Struktur erheblich vereinfacht und die Sicherheit und Zuverlässigkeit verbessert.
3.3 Vorteile von Permanentmagnetmotoren mit niedriger Drehzahl, die in Pumpen mit niedriger Drehzahl verwendet werden
Langsamlaufende Permanentmagnetmotoren werden in langsam laufenden Pumpen eingesetzt und bieten folgende Vorteile:
① Geringe Größe, geringe Masse, einfache Installation, geringe Anforderungen an grundlegende und andere unterstützende Einrichtungen. Beispielsweise entspricht die Masse eines 20-poligen Permanentmagnetmotors mit niedriger Drehzahl und 300 U/min nur 1/2 bis 1/3 der Masse eines Asynchronmotors mit derselben Drehzahl;
②Energiesparend und effizient, der allgemeine Wirkungsgrad von Permanentmagnetmotoren liegt über 96 % und der Leistungsfaktor liegt über 0.97, während der Wirkungsgrad von Asynchronmotoren unter 92 % liegt und der Leistungsfaktor bei etwa 0.66 liegt;
③ Die Pumpe mit geringer Vibration und Geräuschentwicklung, geringem Hub und großem Durchfluss verwendet ein Permanentmagnetmotor-Antriebssystem. Es gibt keinen Hochgeschwindigkeitslaufteil. Der Motor selbst ist geräusch- und vibrationsarm. Gleichzeitig entfallen das Untersetzungsgetriebe und andere Übertragungsgeräte. Das Reduzierstück und andere Übertragungsgeräte entfallen. Reduzieren Sie Vibrationen und Geräusche, wodurch das gesamte Übertragungssystem weniger vibriert und lauter wird.
④ Aufgrund der einfachen Struktur des Permanentmagnetmotors gibt es kein Problem mit der Wärmeableitung im Rotor, sodass der Betrieb sicherer und zuverlässiger ist und der Wartungsaufwand gering ist.
⑤ Einfache intelligente Steuerung mit einem speziellen Frequenzumrichter, bequemer Drehzahlregelung, vollständigen Fehlerschutzfunktionen, großem Anlaufdrehmoment, großem Drehzahlregelbereich und sicherem und stabilem Systembetrieb;
⑥Da der Rotor keinen induzierten Strom hat, erzeugt der Rotor keine Wärme, weist einen geringen Temperaturanstieg auf und kann die Wärme leicht ableiten.
⑦ Da der Blindstrom sehr gering ist, ist der Gesamtstrom des Motors mehr als 1/3 kleiner als der des Asynchronmotors, was den Kapazitätsbedarf für die vorgelagerte Stromübertragung und -verteilung (einschließlich Transformatoren, Schalter, Kabel usw.) verringern kann. usw.) und reduzieren die Investitionen in das Stromübertragungs- und -verteilungssystem.
