Silniki trójfazowe prądu przemiennego: jak rdzenie laminowane, nacisk stosu i ramy decydują o wydajności

Silnik trójfazowy o mocy 75 kW zamontowany w pompie wody chłodzącej w zakładzie rzadko ulega głośnym awariom. Dryfuje. Wibracje łożysk wzrastają z 1,2 mm/s do 3,5 mm/s w ciągu osiemnastu miesięcy, jedna faza pobiera prąd o cztery procent większy niż pozostałe dwie, a uzwojenie nagrzewa się o osiem stopni cieplej niż podczas rozruchu. Zanim silnik zostanie podniesiony z podstawy, uzwojenie jest często nienaruszone; uszkodzenie zaczęło się w rdzeniu wirnika, w stosie, który utracił docisk po wcześniejszym przewinięciu, lub w szczelinie powietrznej, która na początku nigdy nie była koncentryczna.

Trójfazowe silniki prądu przemiennego są elektrycznie proste i mechaniczne. Teoria mieści się na dwóch stronach. O tym, czy napęd będzie działał przez piętnaście czy pięć lat, decyduje osprzęt wewnątrz ramy: stopień laminowania, ciśnienie stosu, jednorodność szczeliny powietrznej, system izolacji, układ łożysk i ścieżka chłodzenia.

Co sprawia, że silnik trójfazowy uruchamia się i działa

Trójfazowy zestaw uzwojeń jest rozmieszczony w odstępach elektrycznych 120 stopni wokół stojana. Zasilaj trzy fazy prądami, które również są oddalone w czasie o 120 stopni, a poszczególne pola pulsujące sumują się, tworząc jedno pole o stałej wielkości, które wiruje z częstotliwością linii podzieloną przez pary biegunów. Na tym polega cała zasada samostartu. Ponieważ pole nigdy nie zanika i nie odwraca się podczas cyklu, wirnik charakteryzuje się stałym strumieniem omiatającym i rozwija moment obrotowy od momentu zatrzymania.

Prędkość synchroniczna jest ustalana przez zasilanie i uzwojenie: prędkość znamionowa jest równa 120-krotności częstotliwości sieci podzielonej przez liczbę biegunów. Przy 50 Hz oznacza to 3000 obr./min dla dwóch biegunów, 1500 dla czterech i 1000 dla sześciu. Przy 60 Hz te same uzwojenia dają 3600, 1800 i 1200 obr./min. Wirnik zawsze pracuje nieco wolniej, ponieważ musi ślizgać się za polem, aby indukować prąd wirnika, a to właśnie indukowany prąd wytwarza moment obrotowy w maszynie klatkowej.

Stos stojana i wirnika: gdzie ustawiana jest rzeczywista wydajność

Projekt elektryczny ustala sufit. Stos laminacji decyduje o tym, jak blisko zbliży się do niego gotowa maszyna. Rdzeń stojana zbudowany z wysokiej jakości nieorientowanej stali krzemowej o grubości 0,35 mm zazwyczaj zmniejsza straty rdzenia o 15 do 25 procent w porównaniu ze standardowym materiałem o grubości 0,50 mm przy tej samej gęstości strumienia, ale cieńszy przekrój kosztuje więcej, półfabrykaty mają mniejszy luz matrycy i karzą wszelkie słabości w konserwacji oprzyrządowania.

Sposób łączenia arkuszy ma znaczenie tak samo jak gatunek, ponieważ w przypadku każdej metody łączenia koszt montażu jest kompromisem w stosunku do strat i sztywności.

• Blokowanie: wgłębienia lub jaskółcze ogony wytłoczone w arkuszu łączą ze sobą sąsiadujące ze sobą laminaty. Szybko, bez utwardzania, ale blokady tworzą lokalne zwarcia, które zwiększają straty w rdzeniu o około 1 do 3 procent.
• Klejenie: powlekane arkusze są utwardzane pod ciśnieniem, utrzymując laminowane izolacje elektryczne. Poprawia to współczynnik układania i redukuje wibracje i słyszalny hałas.
• Spawanie laserowe lub TIG: niski dopływ ciepła i duża wydajność, powszechne w przypadku większych ram. Szew spawalniczy i strefa wpływu ciepła powodują lokalne straty, dlatego należy określić położenie i liczbę spoin, a nie pozostawić je spawaczowi.
• Listwy, pręty wpustowe lub śruby przelotowe: stosowane tam, gdzie rdzeń może wymagać ponownego ułożenia lub naprawy w terenie.

Kontrola przychodząca zwykle sprowadza się do czterech liczb: wysokość zadziorów poniżej 0,05 mm, współczynnik układania między 0,95 a 0,97, jednorodność szczeliny powietrznej w granicach 10 procent wartości nominalnej oraz ciśnienie interlaminacji wystarczająco wysokie, aby zapobiec śpiewaniu stosu przy dwukrotnie większej częstotliwości linii bez zgniatania powłoki izolacyjnej. Luźny stos objawia się później jako zwiększone straty w rdzeniu, wyższy poziom hałasu i, w najgorszym przypadku, powstawanie freonów pomiędzy warstwami. Związek między geometrią laminowania a zachowaniem podczas pracy jest omówiony bardziej szczegółowo w tym przewodniku laminowanie rdzenia stojana .

Laminowanie stojana i wirnika silnika prądu przemiennego Silniki prądu przemiennego stanowią rdzeń nowoczesnych systemów przemysłowych, a wydajność ich rdzeni stojana i wirnika ma bezpośredni wpływ na wydajność silnika, niezawodność i... Zobacz produkt →

Jednofazowy i trójfazowy: praktyczne porównanie

Większość argumentów dotyczących wyboru sprowadza się do kilku mierzalnych różnic, a nie do preferencji.

Podział strat: liczby za tabliczką znamionową

Arkusz danych podaje jedną wartość wydajności. Podczas pracy pięć składników strat dzieli waty i tylko na niektóre z nich można jeszcze wpłynąć po zamówieniu silnika.

O dwóch z nich decyduje się na etapie losowania. Straty w rdzeniu zależą od gatunku stali, grubości blachy i sposobu łączenia warstw; utrata obciążenia błądzącego zależy od geometrii szczeliny, szczeliny powietrznej i jakości powierzchni stosu. Kupujący, który akceptuje nieokreślony rdzeń, akceptuje nieokreślone 32 procent całkowitych strat.

Blokujący rdzeń laminowany Nasz rdzeń laminowany Interlock jest produkowany przy użyciu zaawansowanych technik, a jego konstrukcja jest wolna od spawów i kleju, co zwiększa wydajność produkcji, zapewniając jednocześnie ... Zobacz produkt →

Gdzie działają silniki trójfazowe

Zainstalowana podstawa pokazuje, gdzie znajduje się objętość, a objętość określa, które cechy mechaniczne są standardowe, a które specjalne.

Każde zadanie stawia przed obudową inne wymagania. Silnik pompy ogólnego przeznaczenia wymaga niewiele więcej niż sztywnego mocowania na łapach i czystej ścieżki chłodzenia. Podstawa generatora turbiny wiatrowej, maszyna przemysłowa wysokiego napięcia lub jednostka morska chłodzona wodą wymagają spawanej ramy skrzynkowej z kontrolowanymi odkształceniami po spawaniu, określoną ochroną przed korozją i układem chłodzenia odpornym na mgłę solną lub ciągłą pracę pod częściowym obciążeniem. Są to problemy produkcyjne, zanim staną się problemami elektrycznymi.

Przemysłowa spawana podstawa silnika typu skrzynkowego I. Podstawowa koncepcja i pozycjonowanie Zobacz produkt →

Sekwencja wyboru i zwrot

Wykonanie tych kroków pozwoli uniknąć najkosztowniejszego błędu przy zakupie silników, jakim jest zakup wyższej klasy wydajności, niż cło może kiedykolwiek odzyskać.

Punkty konserwacji i zgodności podlegające audytowi

Normy wydajności, limity wibracji i systemy jakości spawania to trzy obszary, w których dokumentacja i sprzęt muszą być zgodne.

• Sprawność i ocena: IEC 60034-30-1 definiuje klasy IE, a IEC 60034-1 określa podstawę oceny. Izolacja klasy F ze wzrostem temperatury klasy B pozostaje powszechnym sposobem na zakup marginesu termicznego.
• Wibracje: ISO 20816-1 zastępuje starsze limity ISO 10816 dotyczące testów akceptacyjnych. Granice stref A i B stanowią punkt odniesienia podczas uruchamiania.
• Prądy na wale podczas pracy przetwornicy częstotliwości: izolowane łożysko po stronie innej niż napędowa oraz pierścień uziemiający wał zapobiega powstawaniu żłobków, które w przypadku dużych napędów niszczą łożyska w ciągu roku.
• Rezystancja izolacji: Wytyczne IEEE 43 ustalają minimalną wartość na jeden megaom plus jeden megaom na kV napięcia znamionowego, skorygowaną do 40 stopni Celsjusza.
• Spawane ramy i konstrukcje: wymagania jakościowe normy ISO 3834 w zakresie spawania w połączeniu z normą ISO 9001, IATF 16949 dotyczącą dostaw pojazdów i trakcji oraz normą ISO 14001 obejmują dokumentację, o którą obecnie proszą nabywcy, wraz z ofertami cenowymi.
• Ochrona przed korozją: obudowy morskie i offshore żyją lub umierają w zależności od specyfikacji powłoki i przygotowania powierzchni, a nie marki farby.

Prosty program do analizy trendów wychwytuje większość z nich już na wczesnym etapie: kwartalne odczyty wibracji, roczna termografia, rezystancja izolacji przy każdym wyłączeniu i analiza sygnatury prądu silnika na dowolnym dysku, którego nie można przełączyć w tryb offline.

Praktyczny wniosek jest taki, że silnik trójfazowy to układ, a części, które się zużywają, przepalają, przegrzewają lub marnują energię, mają charakter mechaniczny i metalurgiczny: rdzeń, rama, szczelina powietrzna, łożyska i ścieżka chłodzenia. Kupujący, którzy określą stopień laminowania, grubość arkusza, metodę układania w stosy i konstrukcję ramy wraz z parametrami elektrycznymi, otrzymają maszynę, której wydajność z tabliczki znamionowej wytrzymuje kontakt z podłogą fabryki.

Ten łańcuch od stali krzemowej poprzez tłoczone laminaty, gotowe rdzenie i spawane ramy jest dokładnie tym, czym jesteśmy możliwości produkcyjne są zorganizowane, z prototypowaniem na poziomie próbki dla nowych projektów i dostawą masową dla ustalonych programów.