Zu den grundlegenden Inhalten, die für die Motorauswahl erforderlich sind, gehören die Art der angetriebenen Last, die Nennleistung, die Nennspannung, die Nenndrehzahl und andere Bedingungen.
1. Die Art der angetriebenen Last
Dies ist wiederum auf die Eigenschaften des Motors zurückzuführen. Motoren können einfach in Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren unterteilt werden, und Wechselstrommotoren werden weiter in Synchronmotoren und Asynchronmotoren unterteilt.
1.1 Gleichstrommotor
Der Vorteil eines Gleichstrommotors besteht darin, dass er die Drehzahl einfach durch Änderung der Spannung anpassen und ein größeres Drehmoment liefern kann. Es eignet sich für Lasten, bei denen die Geschwindigkeit häufig angepasst werden muss, wie z. B. Walzwerke in Stahlwerken, Hebezeuge in Bergwerken usw. Mit der Entwicklung der Frequenzumwandlungstechnologie können Wechselstrommotoren nun jedoch auch die Geschwindigkeit durch Änderung der Frequenz anpassen. Obwohl der Preis des Frequenzumwandlungsmotor ist nicht viel teurer als der eines gewöhnlichen Motors, der Preis des Frequenzumrichters nimmt den größten Teil der gesamten Ausrüstung ein, sodass ein weiterer Vorteil des Gleichstrommotors darin besteht, dass er billig ist.
Der Nachteil von Gleichstrommotoren ist der komplexe Aufbau. Solange ein Gerät eine komplexe Struktur aufweist, führt dies unweigerlich zu einer Erhöhung der Ausfallrate. Im Vergleich zu Wechselstrommotoren verfügen Gleichstrommotoren über kompliziertere Wicklungen (Erregerwicklungen, Kommutierungspolwicklungen, Kompensationswicklungen und Ankerwicklungen), außerdem kommen Schleifringe, Bürsten und Kommutatoren hinzu. Es werden nicht nur hohe Anforderungen an die Verarbeitung des Herstellers gestellt, auch der spätere Wartungsaufwand ist relativ hoch. Daher befinden sich Gleichstrommotoren in industriellen Anwendungen in einer peinlichen Situation, in der sie allmählich zurückgehen, in der Übergangsphase aber immer noch nützlich sind. Wenn der Anwender über ausreichende Mittel verfügt, empfiehlt es sich, die Lösung eines Wechselstrommotors mit Frequenzumrichter zu wählen. Denn auch der Einsatz eines Frequenzumrichters kann viele Vorteile mit sich bringen.
1.2. Asynchronmotor
Die Vorteile von Asynchronmotoren sind einfache Struktur, stabile Leistung, bequeme Wartung und niedriger Preis. Und auch der Herstellungsprozess ist der einfachste. Ich hörte einmal einen alten Techniker in der Werkstatt sagen, dass die Arbeitsstunden, die für die Montage eines Gleichstrommotors erforderlich sind, zwei Synchronmotoren oder vier Asynchronmotoren mit ähnlicher Leistung fertigstellen können, was offensichtlich ist. Daher werden Asynchronmotoren in der Industrie am häufigsten eingesetzt.
Asynchronmotoren werden in Käfigläufermotoren und Wickelmotoren unterteilt, der Unterschied liegt im Rotor. Käfigläufermotorrotoren bestehen aus Metallstreifen, entweder Kupfer oder Aluminium. Der Preis für Aluminium ist relativ niedrig und mein Land ist ein großes Land mit Aluminiumminen, sodass es häufig bei Gelegenheiten mit geringen Anforderungen verwendet wird. Allerdings sind die mechanischen Eigenschaften und die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer besser als die von Aluminium. Die meisten Rotoren, mit denen ich in Kontakt gekommen bin, sind Kupferrotoren. Nachdem der Käfigläufermotor das Problem der Reihenbrüche in der Technik gelöst hat, übertrifft seine Zuverlässigkeit die eines Motors mit Wickelrotor bei weitem. Der Nachteil besteht darin, dass der Metallrotor die magnetische Induktionslinie im rotierenden Statormagnetfeld unterbricht, um ein kleines Drehmoment zu erhalten, und der Anlaufstrom groß ist, was für Lasten, die ein großes Anlaufdrehmoment erfordern, schwierig ist. Obwohl durch eine Vergrößerung des Motorkerns ein höheres Drehmoment erzielt werden kann, ist die Festigkeit sehr begrenzt. Wenn der gewickelte Motor gestartet wird, wird der Schleifring verwendet, um die Rotorwicklung mit Energie zu versorgen, um ein Rotormagnetfeld zu erzeugen, das sich relativ zum rotierenden Statormagnetfeld bewegt, sodass das Drehmoment größer ist. Und der Wasserwiderstand ist in Reihe geschaltet, um den Anlaufstrom während des Startvorgangs zu reduzieren, und der Wasserwiderstand wird durch ein ausgereiftes elektronisches Steuergerät gesteuert, um den Widerstandswert mit dem Startvorgang zu ändern. Es eignet sich für Lasten wie Walzwerke und Hebezeuge. Im Vergleich zum Käfigläufermotor verfügt der drahtgewickelte Asynchronmotor über zusätzliche Schleifringe und Wasserwiderstände, sodass der Gesamtpreis der Ausrüstung bis zu einem gewissen Grad gestiegen ist. Im Vergleich zu Gleichstrommotoren ist der Drehzahlbereich enger und das Drehmoment relativ klein, außerdem ist der entsprechende Wert niedriger.
Da der Asynchronmotor jedoch die Statorwicklung mit Strom versorgt, um ein rotierendes Magnetfeld aufzubauen, und die Wicklung ein induktives Element ist, das keine Arbeit verrichtet, muss sie Blindleistung aus dem Netz aufnehmen, was große Auswirkungen auf das Netz hat. Erleben Sie intuitiv, dass beim Anschluss leistungsstarker induktiver Geräte an das Stromnetz die Spannung des Stromnetzes sinkt und die Helligkeit der Lichter sofort abnimmt. Daher wird das Energieversorgungsamt den Einsatz von Asynchronmotoren einschränken, was auch viele Fabriken berücksichtigen müssen. Einige große Stromverbraucher, wie etwa Stahl- und Aluminiumwerke, entscheiden sich für den Bau eigener Kraftwerke, um eigene unabhängige Stromnetze zu bilden und so die Einschränkungen bei der Verwendung von Asynchronmotoren zu verringern. Wenn der Asynchronmotor daher für Hochleistungslasten verwendet werden muss, muss er mit einer Blindleistungskompensationsvorrichtung ausgestattet sein, während der Synchronmotor über die Erregervorrichtung Blindleistung an das Netz liefern kann. Je größer die Leistung, desto offensichtlicher sind die Vorteile von Synchronmotoren, wodurch die Stufe der Synchronmotoren entsteht.
1.3. Synchronmotor
Zu den Vorteilen von Synchronmotoren gehört die Blindleistungskompensation im übererregten Zustand und 1) die Drehzahl von Synchronmotoren hält sich strikt an n=60f/p, wodurch die Drehzahl präzise gesteuert werden kann; 2) hohe Betriebsstabilität. Wenn die Netzspannung plötzlich abfällt, wird das Erregersystem im Allgemeinen eine Erregung erzwingen, um den stabilen Betrieb des Motors sicherzustellen, während das Drehmoment des Asynchronmotors (proportional zum Quadrat der Spannung) erheblich abfällt; 3) Die Überlastfähigkeit ist größer als die des entsprechenden Asynchronmotors; 4) Der Betriebswirkungsgrad ist hoch, insbesondere bei langsam laufenden Synchronmotoren.
Synchronmotoren können nicht direkt gestartet werden und erfordern einen asynchronen oder frequenzvariablen Start. Asynchronstart bedeutet, dass der Synchronmotor mit einer Anlaufwicklung ähnlich der Käfigwicklung des Asynchronmotors am Rotor ausgestattet ist und ein zusätzlicher Widerstand, der etwa das Zehnfache des Widerstandswerts der Erregerwicklung beträgt, im Erregerkreis in Reihe geschaltet wird, um ihn zu bilden ein geschlossener Stromkreis, und der Stator des Synchronmotors ist direkt mit dem Stromnetz verbunden, so dass er als Asynchronmotor startet, und wenn die Drehzahl die untersynchrone Drehzahl (10 %) erreicht, erfolgt die Startmethode des Abschaltens zusätzlicher Widerstand; Der Beginn der Frequenzumwandlung wird nicht wiederholt. Einer der Nachteile von Synchronmotoren ist daher die Notwendigkeit, zusätzliche Ausrüstung zum Starten hinzuzufügen.
Ein Synchronmotor arbeitet mit dem Erregerstrom. Liegt keine Erregung vor, handelt es sich um einen Asynchronmotor. Die Erregung erfolgt über ein Gleichstromsystem, das an den Rotor angelegt wird. Seine Drehzahl und Polarität stimmen mit denen des Stators überein. Liegt ein Problem mit der Erregung vor, verliert der Motor seinen Schritt und lässt sich nicht verstellen. Dadurch wird die Motorauslösung „Erregungsfehler“ ausgelöst. Der zweite Nachteil des Synchronmotors besteht daher in der Notwendigkeit, die Erregereinrichtung zu vergrößern, die früher direkt von der Gleichstrommaschine gespeist wurde, heute jedoch größtenteils vom Thyristorgleichrichter gespeist wird. Ein altes Sprichwort besagt: Je komplexer die Struktur und je mehr Ausrüstung, desto mehr Fehlerquellen und desto höher die Ausfallrate.
Entsprechend den Leistungsmerkmalen von Synchronmotoren finden ihre Anwendungen hauptsächlich in Lasten wie Hebezeugen, Mühlen, Ventilatoren, Kompressoren, Walzwerken und Wasserpumpen statt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Prinzip der Auswahl eines Motors darin besteht, einen Motor mit einfachem Aufbau, niedrigem Preis, zuverlässigem Betrieb und bequemer Wartung auszuwählen, vorausgesetzt, dass die Leistung des Motors den Anforderungen der Produktionsmaschinen entspricht. In dieser Hinsicht sind Wechselstrommotoren Gleichstrommotoren überlegen, Wechselstrom-Asynchronmotoren sind Wechselstrom-Synchronmotoren überlegen und Käfigläufer-Asynchronmotoren sind gewickelten Asynchronmotoren überlegen.
Für Produktionsmaschinen mit stabiler Last und ohne besondere Anforderungen an Start und Bremsen sollten für den Dauerbetrieb der Produktionsmaschinen vorzugsweise gewöhnliche Asynchronmotoren mit Käfigläufer verwendet werden, die in Maschinen, Wasserpumpen, Lüftern usw. weit verbreitet sind.
Für Produktionsmaschinen, die häufig starten und bremsen und relativ große Anlauf- und Bremsmomente erfordern, wie z. B. Brückenkräne, Bergwerksaufzüge, Luftkompressoren und irreversible Walzwerke, sollten gewickelte Asynchronmotoren verwendet werden.
Synchronmotoren sollten in Fällen eingesetzt werden, in denen keine Drehzahlregelung erforderlich ist, eine konstante Drehzahl erforderlich ist oder eine Verbesserung des Leistungsfaktors erforderlich ist, z. B. bei Wasserpumpen mittlerer und großer Kapazität, Luftkompressoren, Hebezeugen, Mühlen usw.
Der Geschwindigkeitsregelungsbereich muss über 1:3 liegen, und die Produktionsmaschinen, die eine kontinuierliche, stabile und gleichmäßige Geschwindigkeitsregelung erfordern, sollten separat erregte Gleichstrommotoren oder Asynchronmotoren mit Käfigläufer oder Synchronmotoren mit Frequenzumwandlungsgeschwindigkeitsregelung verwenden, wie z große Präzisionswerkzeugmaschinen, Portalhobelmaschinen, Walzwerke, Aufzüge usw.
Für Produktionsmaschinen, die ein großes Anlaufdrehmoment und weiche mechanische Eigenschaften erfordern, verwenden Sie Gleichstrommotoren mit Reihen- oder Verbunderregung, wie z. B. Straßenbahnen, Elektrolokomotiven und schwere Kräne.
2. Nennleistung
Die Nennleistung des Motors bezieht sich auf die Ausgangsleistung, also die Wellenleistung, auch Kapazität genannt, die der symbolische Parameter des Motors ist. Es ist der wichtigste Index zur Quantifizierung der Fähigkeit des Motors, die Last zu ziehen, und es ist auch eine Parameteranforderung, die bei der Auswahl des Motors berücksichtigt werden muss.
Das Prinzip der richtigen Auswahl der Motorleistung besteht darin, die Leistung des Motors am wirtschaftlichsten und sinnvollsten zu bestimmen, unter der Voraussetzung, dass der Motor in der Lage ist, mechanische Belastungsanforderungen zu erfüllen. Wird die Leistung zu groß gewählt, steigen die Anlageninvestitionen, was zu Verschwendung führt, der Motor wird oft unterbelastet und der Wirkungsgrad und Leistungsfaktor des Wechselstrommotors ist niedrig; im Gegenteil: Wird die Leistung zu klein gewählt, kommt es zu einer Überlastung des Motors und damit zu einer vorzeitigen Beschädigung des Motors.
Es gibt drei Faktoren, die die Hauptleistung des Motors bestimmen:
1) Die Erwärmung und der Temperaturanstieg des Motors, die den wichtigsten Faktor für die Leistung des Motors darstellen;
2) Kurzzeitüberlastfähigkeit zulassen;
3) Bei asynchronen Käfigläufermotoren sollte auch die Anlauffähigkeit berücksichtigt werden.
Zuerst berechnet und wählt die spezifische Produktionsmaschine die Lastleistung entsprechend ihrer Wärmeerzeugung, ihrem Temperaturanstieg und ihren Lastanforderungen aus und wählt dann die Nennleistung des Motors entsprechend den Lastleistungs-, Betriebs- und Überlastanforderungen vor. Nachdem die Nennleistung des Motors vorgewählt wurde, müssen bei Bedarf die Wärmeentwicklung, die Überlastfähigkeit und die Startfähigkeit überprüft werden. Wenn einer von ihnen nicht qualifiziert ist, muss der Motor erneut ausgewählt und überprüft werden, bis alle Artikel qualifiziert sind. Daher gehört auch das funktionierende System zu den Voraussetzungen, die gegeben sein müssen. Wenn keine Anforderung besteht, erfolgt die Verarbeitung standardmäßig nach dem gängigsten S1-Arbeitssystem. Motoren mit Überlastanforderungen müssen auch ein Vielfaches der Überlastung und eine entsprechende Laufzeit bieten; Asynchrone Käfigläufermotoren treiben Lüfter und andere große Drehzahlen an. Bei Trägheitslasten ist es außerdem erforderlich, das Trägheitsmoment der Last und das Diagramm des Anlaufwiderstandsmoments anzugeben, um die Anlauffähigkeit zu überprüfen.
Die obige Auswahl der Nennleistung erfolgt unter der Voraussetzung, dass die Standardumgebungstemperatur 40 °C beträgt. Ändert sich die Umgebungstemperatur des Motors, muss die Nennleistung des Motors korrigiert werden. Gemäß theoretischer Berechnung und Praxis kann die Leistung des Motors bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen gemäß der folgenden Tabelle grob erhöht oder verringert werden.
Daher müssen Gebiete mit rauem Klima auch für Umgebungstemperatur sorgen. In Indien beispielsweise muss die Umgebungstemperatur auf 50 °C kalibriert werden. Darüber hinaus wirkt sich die große Höhe auch auf die Leistung des Motors aus. Je höher die Höhe, desto größer ist der Temperaturanstieg des Motors und desto geringer ist die Ausgangsleistung. Und auch Motoren, die in großen Höhen eingesetzt werden, müssen den Einfluss des Corona-Phänomens berücksichtigen.
3. Nennspannung
Die Nennspannung des Motors bezieht sich auf die Netzspannung im Nennbetriebsmodus.
Die Wahl der Nennspannung des Motors hängt von der Versorgungsspannung des Stromnetzes des Unternehmens und der Größe der Motorleistung ab.
Die Auswahl des Spannungspegels des Wechselstrommotors wird hauptsächlich durch den Spannungspegel der Stromversorgung am Einsatzort bestimmt. Im Allgemeinen liegt die Spannung im Niederspannungsnetz bei 380 V, sodass die Nennspannung 380 V (Y- oder △-Verbindung), 220/380 V (△/Y-Verbindung) und 380/660 V (△/Y-Verbindung) beträgt. Wenn die Leistung des Niederspannungsmotors auf ein bestimmtes Niveau (z. B. 300 kW/380 V) erhöht wird, wird der Strom durch die Tragfähigkeit des Drahtes begrenzt, sodass es schwierig ist, ihn größer zu machen, oder die Kosten zu hoch sind . Es ist notwendig, durch Erhöhung der Spannung eine hohe Leistungsabgabe zu erreichen. Die Versorgungsspannung des Hochspannungsnetzes beträgt im Allgemeinen 6000 V oder 10000 V, im Ausland gibt es auch Spannungsniveaus von 3300 V, 6600 V und 11000 V. Die Vorteile von Hochspannungsmotoren sind hohe Leistung und hohe Schlagfestigkeit; Die Nachteile sind große Trägheit und Schwierigkeiten beim Anfahren und Bremsen.
Auch die Nennspannung des Gleichstrommotors sollte mit der Netzspannung übereinstimmen. Im Allgemeinen 110 V, 220 V und 440 V. Unter ihnen ist 220 V der übliche Spannungspegel, und der Hochleistungsmotor kann auf 600–1000 V erhöht werden. Wenn die Wechselstromversorgung 380 V beträgt und eine Dreiphasen-Brücken-Thyristor-Gleichrichterschaltung für die Stromversorgung verwendet wird, sollte die Nennspannung des Gleichstrommotors 440 V betragen. Wenn zur Stromversorgung ein dreiphasiges Halbwellen-Thyristor-Gleichrichternetzteil verwendet wird, sollte die Nennspannung des Gleichstrommotors 220 V betragen.
4. Nenngeschwindigkeit
Die Nenndrehzahl des Motors bezieht sich auf die Drehzahl im Nennbetriebsmodus.
Sowohl der Motor als auch die von ihm angetriebene Arbeitsmaschine haben eine eigene Nenndrehzahl. Bei der Wahl der Drehzahl des Motors ist zu beachten, dass die Drehzahl nicht zu niedrig gewählt werden sollte, denn je niedriger die Nenndrehzahl des Motors, desto mehr Pole, desto größer das Volumen und desto höher der Preis; Gleichzeitig sollte die Drehzahl des Motors nicht zu hoch gewählt werden, da dies den Antriebsmechanismus zu komplex und wartungsintensiv machen würde.
Darüber hinaus ist bei konstanter Leistung das Motordrehmoment umgekehrt proportional zur Drehzahl.
Daher können diejenigen, die keine hohen Anforderungen an das Starten und Bremsen haben, einen umfassenden Vergleich mit mehreren unterschiedlichen Nenngeschwindigkeiten hinsichtlich der Anfangsinvestition der Ausrüstung, der Stellfläche und der Wartungskosten anstellen und schließlich die Nenngeschwindigkeit bestimmen; Wenn die Dauer des Übergangsprozesses jedoch nur geringe Auswirkungen auf die Produktivität hat, werden neben der Berücksichtigung der Anfangsinvestition das Drehzahlverhältnis und die Nenndrehzahl des Motors hauptsächlich unter der Bedingung ausgewählt, dass der Verlust des Übergangsprozesses minimal ist . Beispielsweise erfordert der Hubmotor häufige Vorwärts- und Rückwärtsdrehungen und ein großes Drehmoment, aber die Drehzahl ist sehr niedrig. Der Motor ist sperrig und teuer.
Bei hoher Motordrehzahl muss auch die kritische Drehzahl des Motors berücksichtigt werden. Der Rotor des Motors vibriert während des Betriebs. Die Amplitude des Rotors nimmt mit zunehmender Drehzahl zu. Die Geschwindigkeit, bei der die Rotoramplitude am größten ist, nimmt allmählich ab und stabilisiert sich innerhalb eines bestimmten Bereichs. Sie wird als kritische Geschwindigkeit des Rotors bezeichnet. Diese Drehzahl ist gleich der Eigenfrequenz des Rotors. Wenn die Geschwindigkeit weiter zunimmt, nimmt die Amplitude wieder zu, wenn sie nahezu das Zweifache der Eigenfrequenz erreicht. Wenn die Geschwindigkeit gleich dem Zweifachen der Eigenfrequenz ist, spricht man von kritischer Geschwindigkeit zweiter Ordnung, und analog dazu gibt es kritische Geschwindigkeiten dritter und vierter Ordnung. Wenn der Rotor mit einer kritischen Drehzahl läuft, vibriert er heftig und die Krümmung der Welle nimmt deutlich zu. Bei längerem Betrieb kommt es zudem zu starken Biegeverformungen der Welle oder sogar zum Bruch der Welle. Die kritische Drehzahl erster Ordnung des Motors liegt im Allgemeinen über 2 U/min, sodass herkömmliche Motoren mit niedriger Drehzahl den Einfluss der kritischen Drehzahl im Allgemeinen nicht berücksichtigen. Umgekehrt muss bei einem 2-poligen Hochgeschwindigkeitsmotor mit einer Nenndrehzahl nahe 1500 U/min dieser Effekt berücksichtigt werden und der Motor sollte nicht über längere Zeit im kritischen Drehzahlbereich betrieben werden.
Im Allgemeinen kann der Motor anhand der Art der angetriebenen Last, der Nennleistung, der Nennspannung und der Nenndrehzahl des Motors grob bestimmt werden. Diese Grundparameter reichen jedoch nicht aus, um die Lastanforderungen optimal zu erfüllen. Zu den Parametern, die bereitgestellt werden müssen, gehören Frequenz, Arbeitssystem, Überlastanforderungen, Isolationsniveau, Schutzniveau, Trägheitsmoment, Lastwiderstandsmomentkurve, Installationsmethode, Umgebungstemperatur, Höhe, Außenanforderungen usw., je nach spezifischen Bedingungen .
