Heb je je ooit afgevraagd hoe je de perfecte motor voor je project kiest? De sleutel ligt in het begrijpen van de motortypen DC, asynchroon en synchroon en hun unieke voordelen. Dit artikel behandelt de principes van motorselectie, inclusief belastingstype, nominaal vermogen en bedrijfsomgeving. Aan het einde van het artikel beschikt u over de kennis om de meest efficiënte en kosteneffectieve motor voor elke toepassing te kiezen, zodat u verzekerd bent van optimale prestaties en een lange levensduur. Lees verder om te ontdekken hoe u de beste keuze kunt maken voor uw machines.
Dit moet in omgekeerde volgorde worden aangegeven, beginnend bij de motortypen.
De motor kan worden ingedeeld in twee hoofdcategorieën: Gelijkstroommotor en wisselstroommotor. De wisselstroommotor kan verder worden onderverdeeld in twee typen: synchrone motor en asynchrone motor.
Het voordeel van een gelijkstroommotor is de mogelijkheid om de snelheid gemakkelijk aan te passen door de spanning te wijzigen, waardoor een groter koppel wordt geleverd en de motor geschikt is voor belastingen waarbij de snelheid vaak moet worden aangepast, zoals molens in staalfabrieken en takels in mijnen.
Met de ontwikkeling van frequentieconversietechnologie kunnen wisselstroommotoren nu echter ook de snelheid aanpassen door de frequentie te veranderen. Hoewel de kosten van een motor met variabele frequentie niet significant hoger zijn dan die van een traditionele motor, maken ze nog steeds een aanzienlijk deel uit van de totale uitrustingskosten, waardoor gelijkstroommotoren in het voordeel zijn omdat ze kosteneffectief zijn.
Het belangrijkste nadeel van een gelijkstroommotor is de complexe structuur, die de kans op storingen vergroot. DC-motoren hebben complexe wikkelingen, zoals bekrachtigingswikkeling, commutatiepoolwikkeling, compensatiewikkeling en ankerwikkeling, evenals extra componenten zoals sleepringen, borstels en commutators. Dit resulteert in hoge productievereisten en relatief hoge onderhoudskosten.
Als gevolg hiervan bevinden gelijkstroommotoren zich in een afnemende staat in industriële toepassingen, maar hebben ze nog steeds een plaats in de overgangsfase. Als de gebruiker over voldoende middelen beschikt, wordt aanbevolen om het schema van een wisselstroommotor met een frequentieregelaaromdat het veel voordelen met zich meebrengt.
De voordelen van asynchrone motoren zijn hun eenvoudige structuur, stabiele prestaties, onderhoudsgemak en lage kosten.
Bovendien is het productieproces eenvoudig. Volgens een oude technicus in een werkplaats kunnen met de manuren die nodig zijn om een gelijkstroommotor te assembleren, twee synchrone motoren of vier asynchrone motoren met een vergelijkbaar vermogen worden geassembleerd. Daarom worden asynchrone motoren veel gebruikt in de industrie.
Asynchrone motoren worden onderverdeeld in eekhoornkooi motoren en gewikkelde motoren, met als belangrijkste verschil de rotor. De rotor van een eekhoornkooimotor is gemaakt van metalen strips, zoals koper of aluminium.
Aluminium is relatief goedkoop en wordt veel gebruikt in toepassingen waar weinig vraag naar is, omdat China een groot land is waar aluminium wordt gewonnen.
Koper daarentegen heeft betere mechanische en elektrische eigenschappen en wordt vaker gebruikt in rotors. Nadat het probleem van het breken van rijen in de technologie werd aangepakt, is de betrouwbaarheid van motoren met eekhoornkooi sterk verbeterd en is nu beter dan die van motoren met gewikkelde rotor.
Eekhoornkooimotoren hebben echter een laag koppel en een grote startstroom, waardoor ze ongeschikt zijn voor belastingen die een hoog startkoppel vereisen. Het verhogen van de lengte van de motorkern kan het koppel verhogen, maar de verhoging is beperkt.
Aan de andere kant bekrachtigen gewikkelde motoren de rotorwikkeling via sleepringen om een rotormagnetisch veld te vormen dat beweegt ten opzichte van het roterende magnetische veld van de stator, wat resulteert in een groter koppel.
De waterweerstand is in serie aangesloten om de startstroom tijdens het starten te verminderen en de weerstandswaarde wordt geregeld door een elektrisch regelapparaat. Gewikkelde motoren zijn geschikt voor toepassingen zoals walserijen en takels.
Vergeleken met eekhoornkooimotoren hebben gewikkelde asynchrone motoren extra componenten zoals sleepringen, waterweerstand en elektrische weerstand, wat leidt tot hogere totale materiaalkosten. Asynchrone motoren hebben ook een relatief smal snelheidsregelbereik en een laag koppel in vergelijking met gelijkstroommotoren.
Ze hebben echter een aanzienlijke impact op het elektriciteitsnet omdat ze reactief vermogen van het net nodig hebben om de statorwikkeling, een inductief element, van energie te voorzien. Dit kan worden gezien als een daling van de netspanning en een afname van de helderheid van het licht wanneer inductieve apparaten met een hoog vermogen op het elektriciteitsnet worden aangesloten.
Om dit effect te beperken, kunnen energievoorzieningsbedrijven het gebruik van asynchrone motoren beperken. Sommige grote stroomverbruikers, zoals staal- en aluminiumfabrieken, hebben hun eigen energiecentrales om hun eigen onafhankelijke stroomnetten te vormen en de beperkingen op het gebruik van asynchrone motoren te verminderen.
Asynchrone motoren hebben compensatoren voor reactief vermogen nodig om aan de vereisten van belastingen met een hoog vermogen te voldoen, terwijl synchrone motoren reactief vermogen aan het net kunnen leveren via bekrachtigingsapparaten. Hoe groter het vermogen, hoe duidelijker de voordelen van synchrone motoren, wat leidt tot een verschuiving naar het gebruik van synchrone motoren.
De voordelen van synchrone motoren zijn onder andere hun vermogen om reactief vermogen te compenseren in overbekrachtigingstoestanden, evenals het volgende:
Synchrone motoren kunnen echter niet rechtstreeks worden gestart en vereisen asynchrone of variabele frequentie startmethodes. Asynchroon starten bestaat uit het installeren van een startwikkeling die lijkt op een kooiwikkeling van een asynchrone motor op de rotor van een synchrone motor en het aansluiten van extra weerstand (ongeveer 10 keer de weerstandswaarde van de bekrachtigingswikkeling) in het bekrachtigingscircuit om een gesloten circuit te vormen. Zodra de snelheid de subsynchrone snelheid (95%) bereikt, wordt de extra weerstand afgesloten. Starten met variabele frequentie is niet gedetailleerd beschreven.
Synchrone motoren hebben bekrachtigingsstroom nodig om te werken en zonder bekrachtiging wordt de motor asynchroon. Excitatie is een gelijkstroomsysteem dat aan de rotor wordt toegevoegd en waarvan de rotatiesnelheid en polariteit synchroon zijn met de stator. Als er een probleem is met de bekrachtiging, zal de motor uit de pas lopen en kan deze niet worden bijgesteld, wat resulteert in een "bekrachtigingsfout"-beveiligingsstrip.
Het toevoegen van bekrachtigingsapparaten is het tweede nadeel van synchrone motoren. In het verleden werd de bekrachtiging rechtstreeks geleverd door gelijkstroommachines, maar nu wordt deze meestal geleverd door siliciumgestuurde gelijkrichters. Hoe complexer de structuur en de apparatuur, hoe meer storingspunten en hoe hoger het storingspercentage.
Synchrone motoren worden voornamelijk gebruikt in toepassingen zoals takels, molens, ventilatoren, compressoren, walserijen en waterpompen. Het principe van motorselectie is om prioriteit te geven aan motoren met eenvoudige structuren, lage prijzen, betrouwbare werking en gemakkelijk onderhoud, zolang de motorprestaties voldoen aan de vereisten voor productiemachines.
In dit opzicht zijn wisselstroommotoren beter dan gelijkstroommotoren, asynchrone wisselstroommotoren zijn beter dan synchrone wisselstroommotoren en asynchrone motoren met eekhoornkooi zijn beter dan gewikkelde asynchrone motoren. Asynchrone kooimotoren hebben de voorkeur voor continu werkende productiemachines met stabiele belastingen en zonder speciale vereisten voor starten en remmen, en worden veel gebruikt in machines, waterpompen en ventilatoren. Gewikkelde asynchrone motoren worden aanbevolen voor productiemachines die vaak aanlopen en remmen en grote aanloop- en remkoppels vereisen, zoals brugkranen, mijntakels, luchtcompressoren en onomkeerbare walsmachines.
Synchrone motoren zijn ideaal voor toepassingen zonder snelheidsregeling, constante snelheid of verbetering van de arbeidsfactor, zoals waterpompen van gemiddelde tot grote capaciteit, luchtcompressoren, takels en molens.
Voor productiemachines met een snelheidsregelbereik groter dan 1:3 die een continue, stabiele en soepele snelheidsregeling vereisen, wordt het aanbevolen om afzonderlijk bekrachtigde gelijkstroommotoren, asynchrone motoren met eekhoornkooi of synchrone motoren met snelheidsregeling met variabele frequentie te gebruiken, zoals grote precisiemachinewerktuigen, portaalschaafmachines, staalwalserijen en takels.
Productiemachines die een groot startkoppel en zachte mechanische eigenschappen vereisen, moeten gelijkstroommotoren met serie- of samengestelde bekrachtiging gebruiken, zoals trams, elektrische locomotieven en zware kranen.
Het nominaal vermogen van een motor verwijst naar het uitgangsvermogen, ook bekend als het asvermogen of de capaciteit. Het is de belangrijkste parameter die de rijbelastbaarheid van de motor kwantificeert en moet worden opgegeven bij het selecteren van een motor. Andere belangrijke factoren bij het selecteren van een motor zijn de nominale spanning, de nominale stroom, de vermogensfactor (cos θ) en het rendement (η).
Het doel van het correct selecteren van de motorcapaciteit is om het vermogen van de motor op een economische en redelijke manier te bepalen, zodat deze kan voldoen aan de belastingseisen van de productiemachines. Als het vermogen te groot is, neemt de investering in de apparatuur toe, wat leidt tot verspilling en een laag rendement en een lage vermogensfactor voor de wisselstroommotor. Aan de andere kant, als het vermogen te klein is, zal de motor oververhit raken en voortijdig beschadigd raken.
De belangrijkste factoren die het vermogen van de motor bepalen zijn onder andere:
Om het nominaal vermogen te selecteren, wordt eerst het belastingsvermogen berekend op basis van de verwarming, temperatuurstijging en belastingsvereisten van de machine. Vervolgens wordt het nominaal vermogen vooraf geselecteerd op basis van het belastingsvermogen, het werksysteem en de vereisten voor overbelasting. De verwarming, overbelastingscapaciteit en startcapaciteit moeten worden gecontroleerd om er zeker van te zijn dat ze gekwalificeerd zijn.
Zo niet, dan moet de motor opnieuw worden geselecteerd totdat aan alle criteria is voldaan. Het werksysteem is ook een vereiste factor, waarbij het conventionele S1-werksysteem standaard wordt aangenomen als het niet is gespecificeerd. Motoren met vereisten voor overbelasting moeten ook een meervoudige overbelasting en de bijbehorende bedrijfstijd opgeven.
Wanneer een asynchrone kooimotor een ventilator of andere belasting met een hoog traagheidsmoment aandrijft, moeten het traagheidsmoment van de belasting en de kromme van het aanloopweerstandsmoment worden opgegeven om het aanloopvermogen te controleren.
Bij de selectie van het nominaal vermogen wordt uitgegaan van een standaardomgevingstemperatuur van 40 ℃. Als de omgevingstemperatuur verandert, moet het nominaal vermogen worden gecorrigeerd. De omgevingstemperatuur moet worden gecontroleerd in gebieden met extreme weersomstandigheden, zoals India, waar de omgevingstemperatuur kan oplopen tot 50 ℃.
Een grote hoogte kan ook van invloed zijn op het motorvermogen. motortemperatuurstijging en een lager uitgangsvermogen. Bij motoren die op grote hoogte worden gebruikt, moet ook rekening worden gehouden met het verschijnsel corona.
Ter referentie volgen hier enkele voorbeelden van motorvermogens op de huidige markt:
De nominale spanning van een motor verwijst naar de lijnspanning onder de nominale bedrijfsomstandigheden.
De keuze van de nominale spanning van de motor hangt af van de voedingsspanning van het voedingssysteem en de capaciteit van de motor.
De keuze van het spanningsniveau voor een wisselstroommotor hangt voornamelijk af van het spanningsniveau van de voeding op de plaats van gebruik.
Het laagspanningsnet werkt meestal op 380 V, dus de nominale spanning kan 380 V (Y- of Δ-aansluiting), 220/380 V (Δ/Y-aansluiting) of 380/660 V (Δ/Y-aansluiting) zijn.
Wanneer het vermogen van een laagspanningsmotor een bepaald niveau bereikt (zoals 300KW/380V), wordt het moeilijk om de stroom te verhogen vanwege beperkingen in de draagcapaciteit van de geleider, of het zou te duur worden om dit te doen.
Een hoger vermogen wordt bereikt door de spanning te verhogen.
De voedingsspanning van hoogspanningsnetten is meestal 6000V of 10000V, hoewel er in andere landen ook spanningsniveaus van 3300V, 6600V en 11000V worden gebruikt.
Hoogspanningsmotoren hebben het voordeel van een hoog vermogen en een sterke schokbestendigheid, maar hun nadeel is dat ze een grote traagheid hebben en moeilijk te starten en te stoppen zijn.
De nominale spanning van een gelijkstroommotor moet ook overeenkomen met de voedingsspanning.
De gebruikelijke spanningsniveaus voor gelijkstroommotoren zijn 110V, 220V en 440V.
220V is het meest gebruikte spanningsniveau, en motoren met een hoog vermogen kunnen worden verhoogd tot 600 tot 1000V.
Als de AC-voedingsspanning 380 V is en er een siliciumgestuurde gelijkrichter met driefasige brug wordt gebruikt voor de voeding, moet de nominale spanning van de DC-motor 440 V zijn.
Als voor de voeding een driefasige, halfgolfs siliciumgestuurde gelijkrichter wordt gebruikt, moet de nominale spanning van de gelijkstroommotor 220V zijn.
De nominale snelheid van de motor verwijst naar de snelheid waarop de motor onder normale omstandigheden werkt. Zowel de motor als de machine die hij aandrijft, hebben een nominaal toerental.
Bij het kiezen van de snelheid van de motor is het belangrijk om in gedachten te houden dat deze niet te laag mag zijn, omdat dit resulteert in een grotere motor met meer trappen en een hogere prijs. Aan de andere kant moet de snelheid niet te hoog zijn, omdat dit het transmissiemechanisme ingewikkeld en moeilijk te onderhouden kan maken.
Het is ook belangrijk op te merken dat wanneer het vermogen constant is, het motorkoppel omgekeerd evenredig is met de snelheid. Als gevolg hiervan kunnen mensen met lage start- en remvereisten verschillende nominale snelheden vergelijken op het gebied van initiële investering, voetafdruk van de apparatuur en onderhoudskosten voordat ze de ideale nominale snelheid bepalen.
Voor toepassingen waarbij vaak gestart, geremd en omgekeerd moet worden, moeten de snelheidsverhouding en de nominale snelheid van de motor geselecteerd worden op basis van het minimaliseren van het verlies tijdens het overgangsproces, in plaats van alleen de initiële investering in overweging te nemen. Liftmotoren bijvoorbeeld moeten vaak vooruit en achteruit draaien met een hoog koppel, dus hebben ze een lage snelheid en zijn ze omvangrijk en duur.
Wanneer het motortoerental hoog is, is het cruciaal om rekening te houden met het kritieke toerental van de motor. Tijdens bedrijf kan de rotor trillen en neemt de amplitude toe met de snelheid. Bij een bepaalde snelheid bereikt de amplitude een maximumwaarde (bekend als resonantie), en de amplitude zal afnemen en zich stabiliseren in een bepaald bereik wanneer de snelheid verder toeneemt.
Deze snelheid met de maximale amplitude wordt de kritieke snelheid van de rotor genoemd en is gelijk aan zijn natuurlijke frequentie. Als de rotor op zijn kritieke snelheid draait, kan dit resulteren in hevige trillingen en aanzienlijke buiging van de as, wat leidt tot langdurige vervorming of zelfs breuk.
Over het algemeen ligt de kritische snelheid van de eerste orde van de motor boven 1500 tpm, dus dit is geen probleem voor conventionele motoren met een laag toerental. Voor 2-polige motoren met hoge snelheid, als de nominale snelheid in de buurt van 3000 RPM ligt, moet echter rekening worden gehouden met de impact van de kritische snelheid en mag de motor niet gedurende langere perioden op zijn kritische snelheid draaien.
Inpakken
Over het algemeen kunnen de specificaties van een motor worden geschat door informatie te verstrekken over het type belasting dat hij zal aandrijven, het nominale vermogen, de spanning en de snelheid. Deze basisparameters zijn echter niet voldoende om volledig aan de belastingseisen te voldoen.
Bijkomende parameters waarmee rekening moet worden gehouden zijn onder andere frequentie, bedrijfssysteem, vereisten voor overbelasting, isolatie- en beschermingsgraden, traagheidsmoment, belastingsweerstandsmomentkromme, installatiemethode, omgevingstemperatuur, hoogte en vereisten voor buitenopstelling. Deze parameters moeten worden gespecificeerd op basis van de specifieke toepassing.
De belangrijkste criteria voor motorselectie zijn onder andere:
De motorselectie moet gebaseerd zijn op de volgende voorwaarden:
Bij het selecteren van het motortype, de spanning en de snelheid moeten de vereisten van de krachtoverbrenging van de productiemachine, zoals de frequentie van starten en stoppen, of snelheidsregeling nodig is, enz. Dit bepaalt het type stroom voor de motor, d.w.z. of er een wisselstroommotor of een gelijkstroommotor moet worden gekozen.
Vervolgens moet de grootte van de nominale spanning van de motor worden geselecteerd op basis van de voedingsomgeving. Vervolgens moet de nominale snelheid worden geselecteerd op basis van de snelheid die vereist is door de productiemachine en de vereisten van de transmissieapparatuur.
Daarna moeten de structuur en het beschermingstype van de motor worden bepaald op basis van de montagelocatie van de motor en de omgeving.
Tot slot moet het nominale vermogen (capaciteit) van de motor worden bepaald door het vermogen dat de productiemachine nodig heeft.
Nadat je al deze factoren hebt overwogen, selecteer je een motor uit de productcatalogus die aan deze vereisten voldoet. Als de motoren in de catalogus niet kunnen voldoen aan de speciale vereisten van de productiemachine, kun je een aangepaste bestelling plaatsen bij de motorfabrikant.
De keuze van de motor wordt bekeken vanuit de aspecten AC en DC, machinekenmerken, snelheidsregeling en startmogelijkheden, bescherming en prijs. Daarom moeten de volgende richtlijnen in acht worden genomen bij de keuze:
(1) Overweeg eerst om een driefasige eekhoornkooiinductiemotor te kiezen.
Dit komt door zijn eenvoud, duurzaamheid, betrouwbaarheid, lage kosten en eenvoudig onderhoud. De nadelen zijn echter een moeilijke snelheidsregeling, een lage arbeidsfactor, een hoge aanloopstroom en een klein aanloopkoppel. Daarom is hij voornamelijk geschikt voor algemene productiemachines en aandrijvingen met relatief starre machinekenmerken en zonder speciale snelheidsregelingsvereisten, zoals algemene gereedschapsmachines en productiemachines zoals waterpompen of ventilatoren met een vermogen van minder dan 100 kW.
(2) De prijs van motoren met gewikkelde rotor is hoger dan die van kooimotoren.
De machinekenmerken kunnen echter worden aangepast door weerstand toe te voegen aan de rotor, waardoor de aanloopstroom wordt beperkt en het aanloopkoppel wordt verhoogd. Daarom is hij geschikt voor situaties waarin de voedingscapaciteit klein is, het motorvermogen groot of snelheidsregeling vereist is, zoals bepaalde hefapparatuur en hijsliften, smeedpersenen het verplaatsen van de dwarsbalk van zware werktuigmachines.
(3) Als het snelheidsregelbereik kleiner is dan 1:10 en een soepele snelheidsregeling vereist is, kan eerst een slipmotor worden geselecteerd.
Deze motor kan worden onderverdeeld in horizontale en verticale typen op basis van de montagepositie. De as van een horizontale motor is horizontaal gemonteerd, terwijl de as van een verticale motor verticaal gemonteerd is op grote hoogte, dus de twee motortypen kunnen niet door elkaar gebruikt worden. Onder normale omstandigheden moet waar mogelijk voor een horizontale motor worden gekozen, en moet een verticale motor alleen worden overwogen als verticale werking vereist is (zoals verticale dieptebronpompen en boren rigs) om de montage van de transmissie te vereenvoudigen (omdat die duurder is).
Er zijn verschillende beschermingstypes voor motoren en het juiste type moet gekozen worden op basis van de verschillende bedrijfsomgevingen. De beschermingstypes voor motoren zijn open, beschermend, ingesloten, explosiebestendig, onderdompelbaar en verschillende andere. Een open type wordt meestal gekozen voor alledaagse omgevingen vanwege de betaalbaarheid, maar het is alleen geschikt voor droge en schone omstandigheden.
Voor vochtige, corrosiegevoelige, stoffige, ontvlambare of corrosieve omgevingen moet een gesloten type worden gekozen. Als de omgeving stoffig is en schadelijk voor de motorisolatie, maar kan worden schoongeblazen met perslucht, kan een beschermend type worden gekozen. Voor dompelpompmotoren moet een volledig afgedicht type worden gekozen om ervoor te zorgen dat er geen vocht binnendringt tijdens gebruik onder water. In omgevingen met brand- of explosierisico's moet een explosieveilig type worden gekozen.
Bij het kiezen van een motor voor bestaande productiemachines in een industriële omgeving moet de nominale spanning van de motor gelijk zijn aan de distributiespanning van de fabriek. Voor nieuwe fabrieken moet de spanningsselectie voor de motor in overeenstemming zijn met de gekozen distributiespanning.
De beslissing moet worden genomen op basis van de economisch meest haalbare optie na het vergelijken van verschillende spanningsniveaus. De laagspanningsstandaard in ons land is 220/380V, terwijl hoogspanning meestal 10KV is. De meeste motoren met kleinere vermogens zijn hoogspanningsmotoren, met nominale spanningen van 220/380V (D/Y-aansluitmethode) en 380/660V (D/Y-aansluitmethode). Als de motorcapaciteit groter is dan ongeveer 200KW, wordt het aanbevolen om hoogspanningsmotoren van 3KV, 6KV of 10KV te kiezen.
De keuze van het (nominale) toerental van de motor moet worden gebaseerd op de vereisten van de aan te drijven productiemachine en de omstandigheden van de transmissie. Het aantal motoromwentelingen per minuut omvat gewoonlijk 3000, 1500, 1000, 750 en 600.
De nominale snelheid van een asynchrone motor is gewoonlijk 2% tot 5% lager dan deze snelheden vanwege de slip. Als een motor met hetzelfde vermogen een hogere nominale snelheid heeft, zal het elektromagnetische koppel kleiner zijn, waardoor de kosten en het gewicht lager zullen zijn.
Bovendien hebben motoren met hoge snelheid een hogere vermogensfactor en efficiëntie dan motoren met lage snelheid.
Het is economischer om een motor met een hogere snelheid te kiezen. Als dit echter resulteert in een aanzienlijk snelheidsverschil tussen de motor en de aangedreven machine, zijn er meer snelheidsverhogende transmissietrappen nodig, waardoor de materiaalkosten en het energieverbruik toenemen. De optimale keuze moet worden gemaakt na een zorgvuldige vergelijking.
De meeste motoren die we gebruiken zijn 4-polige 1500r/min motoren omdat deze motoren een breed scala aan toepassingen hebben en superieure vermogensfactoren en bedrijfsefficiëntie.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
RU