I contenuti di base richiesti per la selezione del motore includono il tipo di carico azionato, la potenza nominale, la tensione nominale, la velocità nominale e altre condizioni.
1. Il tipo di carico azionato
Questo deve essere detto a sua volta dalle caratteristiche del motore. I motori possono essere semplicemente suddivisi in motori CC e motori CA, mentre i motori CA sono ulteriormente suddivisi in motori sincroni e motori asincroni.
1.1 Motore CC
Il vantaggio di un motore a corrente continua (CC) è la facilità con cui è possibile regolare la velocità modificando la tensione e la capacità di fornire una coppia maggiore. È quindi adatto a carichi che richiedono frequenti variazioni di velocità, come i laminatoi nelle acciaierie, gli argani nelle miniere, ecc. Tuttavia, grazie allo sviluppo della tecnologia di conversione di frequenza, anche i motori a corrente alternata (CA) possono regolare la velocità modificando la frequenza. Sebbene il prezzo di un motore a corrente alternata non sia molto più elevato rispetto a quello di un motore tradizionale, il costo del convertitore di frequenza rappresenta la parte principale del costo totale dell'apparecchiatura; pertanto, un ulteriore vantaggio del motore a corrente continua è il suo costo contenuto.
Lo svantaggio dei motori DC è la struttura complessa. Finché qualsiasi apparecchiatura avrà una struttura complessa, porterà inevitabilmente ad un aumento del tasso di guasto. Rispetto ai motori CA, i motori CC hanno avvolgimenti più complicati (avvolgimenti di eccitazione, avvolgimenti dei poli di commutazione, avvolgimenti di compensazione e avvolgimenti di armatura) e vengono aggiunti anche anelli collettori, spazzole e commutatori. Non solo i requisiti di lavorazione del produttore sono elevati, ma anche i costi di manutenzione successiva sono relativamente elevati. Pertanto, nelle applicazioni industriali, i motori DC si trovano in una situazione imbarazzante in cui stanno gradualmente diminuendo ma sono ancora utili nella fase di transizione. Se l'utente dispone di fondi sufficienti, si consiglia di scegliere la soluzione di un motore CA con convertitore di frequenza. Dopotutto, anche l'uso di un convertitore di frequenza può portare molti vantaggi.
1.2. Motore asincrono
I vantaggi dei motori asincroni sono struttura semplice, prestazioni stabili, manutenzione conveniente e prezzo basso. E il processo di produzione è anche il più semplice. Una volta ho sentito un vecchio tecnico in officina dire che le ore di lavoro necessarie per assemblare un motore CC possono completare due motori sincroni o quattro motori asincroni di potenza simile, il che è evidente. Pertanto i motori asincroni sono i più utilizzati nell'industria.
I motori asincroni si dividono in motori a gabbia di scoiattolo e motori avvolti, la differenza sta nel rotore. I rotori dei motori a gabbia di scoiattolo sono realizzati con strisce di metallo, rame o alluminio. Il prezzo dell'alluminio è relativamente basso e il mio paese è un grande paese ricco di miniere di alluminio, quindi è ampiamente utilizzato in occasioni con requisiti bassi. Tuttavia, le proprietà meccaniche e la conduttività elettrica del rame sono migliori di quelle dell'alluminio. La maggior parte dei rotori con cui sono entrato in contatto sono rotori in rame. Dopo che il motore a gabbia di scoiattolo ha risolto il problema delle file interrotte nella tecnologia, la sua affidabilità supera di gran lunga quella di un motore con un rotore di avvolgimento. Lo svantaggio è che il rotore metallico taglia la linea di induzione magnetica nel campo magnetico dello statore rotante per ottenere una coppia ridotta e la corrente di avviamento è elevata, il che è difficile per i carichi che richiedono una coppia di avviamento elevata. Sebbene sia possibile ottenere una coppia maggiore aumentando la lunghezza del nucleo del motore, la resistenza è molto limitata. Quando viene avviato il motore avvolto, l'anello collettore viene utilizzato per energizzare l'avvolgimento del rotore per formare un campo magnetico del rotore, che si muove rispetto al campo magnetico dello statore rotante, quindi la coppia è maggiore. E la resistenza all'acqua è collegata in serie per ridurre la corrente di avviamento durante il processo di avviamento e la resistenza all'acqua è controllata da un dispositivo di controllo elettronico maturo per modificare il valore di resistenza durante il processo di avviamento. È adatto per carichi quali laminatoi e montacarichi. Rispetto al motore a gabbia di scoiattolo, il motore asincrono a filo avvolto ha aggiunto anelli collettori e resistenze all'acqua, quindi il prezzo complessivo dell'attrezzatura è aumentato in una certa misura. Rispetto ai motori CC, l'intervallo di velocità è più ristretto e la coppia è relativamente piccola e anche il valore corrispondente è inferiore.
Tuttavia, poiché il motore asincrono eccita l’avvolgimento dello statore per creare un campo magnetico rotante e l’avvolgimento è un elemento induttivo che non svolge lavoro, deve assorbire potenza reattiva dalla rete, che ha un grande impatto sulla rete. Sperimenta intuitivamente che quando apparecchi induttivi ad alta potenza sono collegati alla rete elettrica, la tensione della rete elettrica diminuirà e la luminosità delle luci diminuirà immediatamente. Pertanto, l'ufficio per l'energia elettrica limiterà l'uso di motori asincroni, un aspetto che molte fabbriche devono prendere in considerazione. Alcuni grandi consumatori di energia, come le acciaierie e gli stabilimenti di alluminio, scelgono di costruire le proprie centrali elettriche per formare le proprie reti elettriche indipendenti per ridurre le restrizioni sull’uso dei motori asincroni. Pertanto, se il motore asincrono deve essere utilizzato per carichi di elevata potenza, deve essere dotato di un dispositivo di compensazione della potenza reattiva, mentre il motore sincrono può fornire potenza reattiva alla rete attraverso il dispositivo di eccitazione. Maggiore è la potenza, più evidenti sono i vantaggi dei motori sincroni, creando così lo stadio dei motori sincroni.
1.3. Motore sincrono
I vantaggi dei motori sincroni includono la compensazione della potenza reattiva nello stato sovraeccitato e 1) la velocità dei motori sincroni rispetta rigorosamente n=60f/p, che può controllare con precisione la velocità; 2) elevata stabilità operativa. Quando la tensione di rete diminuisce improvvisamente, il sistema di eccitazione generalmente forza l'eccitazione per garantire il funzionamento stabile del motore, mentre la coppia del motore asincrono (proporzionale al quadrato della tensione) diminuirà in modo significativo; 3) La capacità di sovraccarico è maggiore di quella del corrispondente motore asincrono; 4) L'efficienza operativa è elevata, soprattutto per i motori sincroni a bassa velocità.
I motori sincroni non possono essere avviati direttamente e richiedono un avviamento asincrono o a frequenza variabile. Avviamento asincrono significa che il motore sincrono è dotato di un avvolgimento di avviamento simile all'avvolgimento a gabbia del motore asincrono sul rotore, e una resistenza aggiuntiva circa 10 volte il valore di resistenza dell'avvolgimento di eccitazione è collegata in serie nel circuito di eccitazione per formare un circuito chiuso e lo statore del motore sincrono è direttamente collegato alla rete elettrica, in modo che si avvii come un motore asincrono e quando la velocità raggiunge la velocità sub-sincrona (95%), il metodo di avvio per interrompere il resistenza aggiuntiva; l'avvio della conversione di frequenza non verrà ripetuto. Quindi uno degli svantaggi dei motori sincroni è la necessità di aggiungere apparecchiature aggiuntive per l'avviamento.
Un motore sincrono funziona grazie alla corrente di eccitazione. Se non c'è eccitazione, il motore è asincrono. L'eccitazione è un sistema DC applicato al rotore. La sua velocità di rotazione e la sua polarità sono coerenti con quelle dello statore. Se c'è un problema con l'eccitazione, il motore perderà il passo e non potrà essere regolato. Ciò attiverà lo sgancio del motore della protezione “mancata eccitazione”. Pertanto, il secondo svantaggio del motore sincrono è la necessità di aumentare il dispositivo di eccitazione, che in passato era alimentato direttamente dalla macchina DC, ma ora è alimentato principalmente dal raddrizzatore a tiristori. Come dice il vecchio proverbio, quanto più complessa è la struttura e le attrezzature, tanto maggiori sono i punti di guasto e maggiore il tasso di guasto.
In base alle caratteristiche prestazionali dei motori sincroni, le loro applicazioni riguardano principalmente carichi come paranchi, mulini, ventilatori, compressori, laminatoi e pompe dell'acqua.
Per riassumere, il principio di selezione di un motore è quello di scegliere un motore con una struttura semplice, un prezzo basso, un funzionamento affidabile e una manutenzione conveniente, con la premessa che le prestazioni del motore soddisfino i requisiti dei macchinari di produzione. Sotto questo aspetto, i motori CA sono superiori ai motori CC, i motori asincroni CA sono superiori ai motori sincroni CA e i motori asincroni a gabbia di scoiattolo sono superiori ai motori asincroni avvolti.
Per i macchinari di produzione con un carico stabile e senza requisiti speciali di avviamento e frenatura, il funzionamento continuo dei macchinari di produzione dovrebbe preferibilmente utilizzare normali motori asincroni a gabbia di scoiattolo, ampiamente utilizzati in macchinari, pompe dell'acqua, ventilatori, ecc.
I motori asincroni avvolti dovrebbero essere utilizzati per macchinari di produzione che si avviano e frenano frequentemente e richiedono coppie di avviamento e frenatura relativamente elevate, come carriponte, argani da miniera, compressori d'aria e laminatoi irreversibili.
I motori sincroni dovrebbero essere utilizzati in occasioni in cui non è richiesta la regolazione della velocità, è richiesta una velocità costante o un miglioramento del fattore di potenza, come pompe dell'acqua di media e grande capacità, compressori d'aria, montacarichi, mulini, ecc.
L'intervallo di regolazione della velocità deve essere superiore a 1:3 e i macchinari di produzione che richiedono una regolazione della velocità continua, stabile e regolare devono utilizzare motori CC eccitati separatamente o motori asincroni a gabbia di scoiattolo o motori sincroni con regolazione della velocità a conversione di frequenza, come ad esempio macchine utensili di precisione di grandi dimensioni, piallatrici a portale, laminatoi, ascensori, ecc.
Per i macchinari di produzione che richiedono una coppia di avviamento elevata e caratteristiche meccaniche morbide, utilizzare motori CC ad eccitazione composta o in serie, come tram, locomotive elettriche e gru pesanti.
2. Potenza nominale
La potenza nominale del motore si riferisce alla potenza in uscita, cioè alla potenza dell'albero, detta anche capacità, che è il parametro simbolico del motore. È l'indice più importante per quantificare la capacità del motore di trascinare il carico, ed è anche un parametro requisito che deve essere fornito al momento della scelta del motore.
Il principio della corretta selezione della capacità del motore consiste nel determinare la potenza del motore nel modo più economico e ragionevole, presupponendo che il motore sia in grado di produrre i requisiti di carico meccanico. Se la potenza selezionata è troppo elevata, l'investimento nell'attrezzatura aumenterà, con conseguenti sprechi, e il motore è spesso sottocarico e l'efficienza e il fattore di potenza del motore CA sono bassi; al contrario, se la potenza selezionata è troppo piccola, il motore verrà sovraccaricato, danneggiandolo prematuramente.
Ci sono tre fattori che determinano la potenza principale del motore:
1) Il riscaldamento e l'aumento della temperatura del motore, che è il fattore più importante che determina la potenza del motore;
2) Consentire capacità di sovraccarico di breve durata;
3) Per i motori asincroni a gabbia di scoiattolo va considerata anche la capacità di avviamento.
Innanzitutto, il macchinario di produzione specifico calcola e seleziona la potenza del carico in base alla generazione di calore, all'aumento della temperatura e ai requisiti di carico, quindi preseleziona la potenza nominale del motore in base ai requisiti di potenza del carico, servizio e sovraccarico. Dopo aver preselezionato la potenza nominale del motore, è necessario controllare la generazione di calore, la capacità di sovraccarico e la capacità di avviamento, se necessario. Se uno di essi non è qualificato, il motore deve essere riselezionato e ricontrollato finché tutti gli elementi non sono qualificati. Pertanto anche il sistema di lavoro rientra tra i requisiti che devono essere forniti. Se non è richiesto alcun requisito, per impostazione predefinita verrà gestito secondo il sistema di lavoro S1 più convenzionale; i motori con requisiti di sovraccarico devono anche fornire multipli di sovraccarico e tempo di funzionamento corrispondente; i motori asincroni a gabbia di scoiattolo azionano ventilatori ed altre grandi rotazioni. Per i carichi inerziali è necessario fornire anche il momento di inerzia del carico e il grafico della coppia resistente all'avviamento per verificare la capacità di avviamento.
La suddetta selezione della potenza nominale viene effettuata presupponendo che la temperatura ambiente standard sia di 40°C. Se la temperatura ambiente del motore cambia, la potenza nominale del motore deve essere corretta. Secondo i calcoli teorici e pratici, quando la temperatura ambiente è diversa, la potenza del motore può essere aumentata o diminuita approssimativamente secondo la tabella seguente.
Pertanto, anche le aree con climi rigidi devono fornire la temperatura ambiente. In India, ad esempio, la temperatura ambiente deve essere calibrata a 50°C. Inoltre, anche l'altitudine elevata influirà sulla potenza del motore. Maggiore è l'altitudine, maggiore è l'aumento di temperatura del motore e minore è la potenza di uscita. E anche i motori utilizzati ad alta quota devono considerare l’influenza del fenomeno corona.
3. Tensione nominale
La tensione nominale del motore si riferisce alla tensione di linea nella modalità di funzionamento nominale.
La scelta della tensione nominale del motore dipende dalla tensione di alimentazione del sistema di alimentazione dell'azienda e dalla dimensione della capacità del motore.
La selezione del livello di tensione del motore CA è determinata principalmente dal livello di tensione di alimentazione del luogo di utilizzo. Generalmente, la rete a bassa tensione è 380 V, quindi la tensione nominale è 380 V (connessione Y o △), 220/380 V (connessione △/Y) e 380/660 V (connessione △/Y). Quando la potenza del motore a bassa tensione viene aumentata fino a un certo livello (come 300KW/380V), la corrente è limitata dalla capacità portante del cavo, quindi è difficile ingrandirlo o il costo è troppo alto . È necessario ottenere un'elevata potenza in uscita aumentando la tensione. La tensione di alimentazione della rete ad alta tensione è generalmente di 6000 V o 10000 V e all'estero esistono anche livelli di tensione di 3300 V, 6600 V e 11000 V. I vantaggi dei motori ad alta tensione sono l'elevata potenza e la forte resistenza agli urti; gli svantaggi sono la grande inerzia e la difficoltà di partenza e frenata.
Anche la tensione nominale del motore CC deve corrispondere alla tensione di alimentazione. Generalmente 110 V, 220 V e 440 V. Tra questi, 220 V è il livello di tensione comune e il motore ad alta potenza può essere aumentato a 600-1000 V. Quando l'alimentazione CA è 380 V e per l'alimentazione viene utilizzato un circuito raddrizzatore a tiristori a ponte trifase, la tensione nominale del motore CC deve essere 440 V. Quando per l'alimentazione viene utilizzato un raddrizzatore a tiristori a semionda trifase, la tensione nominale del motore CC deve essere 220 V.
4. Velocità nominale
La velocità nominale del motore si riferisce alla velocità nella modalità di funzionamento nominale.
Sia il motore che la macchina da lavoro da esso azionata hanno una propria velocità nominale. Quando si seleziona la velocità del motore, è necessario notare che la velocità non deve essere selezionata troppo bassa, perché minore è la velocità nominale del motore, maggiore è il numero di poli, maggiore è il volume e maggiore è il prezzo; allo stesso tempo, la velocità del motore non dovrebbe essere selezionata troppo alta, poiché ciò renderebbe il meccanismo di azionamento eccessivamente complesso e difficile da manutenere.
Inoltre, quando la potenza è costante, la coppia del motore è inversamente proporzionale alla velocità.
Pertanto, coloro che non hanno requisiti elevati per l'avviamento e la frenata possono effettuare un confronto completo con diverse velocità nominali in termini di investimento iniziale dell'attrezzatura, spazio occupato e costi di manutenzione, e infine determinare la velocità nominale; Tuttavia, se la durata del processo di transizione ha scarso effetto sulla produttività, oltre a considerare l'investimento iniziale, il rapporto di velocità e la velocità nominale del motore vengono selezionati principalmente in base alla condizione che la perdita del processo di transizione sia minima . Ad esempio, il motore del paranco richiede frequenti rotazioni in avanti e indietro e una coppia elevata, ma la velocità è molto bassa. Il motore è ingombrante e costoso.
Quando la velocità del motore è elevata, è necessario considerare anche la velocità critica del motore. Il rotore del motore vibrerà durante il funzionamento. L'ampiezza del rotore aumenta con l'aumento della velocità. Diminuire gradualmente e stabilizzarsi entro un certo intervallo, la velocità alla quale l'ampiezza del rotore è maggiore è chiamata velocità critica del rotore. Questa velocità di rotazione è uguale alla frequenza naturale del rotore. Quando la velocità continua ad aumentare, l'ampiezza aumenterà nuovamente quando sarà vicina a 2 volte la frequenza naturale. Quando la velocità è pari a 2 volte la frequenza naturale, si parla di velocità critica del secondo ordine e, per analogia, esistono velocità critiche del terzo e del quarto ordine. Se il rotore funziona a una velocità critica, vibrerà violentemente e la curvatura dell'albero aumenterà in modo significativo. Il funzionamento a lungo termine causerà anche gravi deformazioni da flessione dell'albero o addirittura la sua rottura. La velocità critica di primo ordine del motore è generalmente superiore a 1500 giri/min, quindi i motori convenzionali a bassa velocità generalmente non tengono conto dell'influenza della velocità critica. Al contrario, per un motore ad alta velocità a 2 poli con una velocità nominale vicina a 3000 giri/min, è necessario considerare questo effetto e il motore non deve essere utilizzato nell'intervallo di velocità critico per un lungo periodo.
In generale, il motore può essere determinato approssimativamente fornendo il tipo di carico azionato, la potenza nominale, la tensione nominale e la velocità nominale del motore. Ma questi parametri di base non sono sufficienti per soddisfare in modo ottimale i requisiti di carico. I parametri che devono essere forniti includono frequenza, sistema di lavoro, requisiti di sovraccarico, livello di isolamento, livello di protezione, momento di inerzia, curva del momento di resistenza del carico, metodo di installazione, temperatura ambiente, altitudine, requisiti esterni, ecc., in base alle condizioni specifiche .
