Konsekwentny silnik biegunowy ma dwie prędkości: typy uzwojeń, projekt rdzenia, wybór

Dwa silniki wentylatorów o mocy 22 kW, ten sam rozmiar ramy, ten sam producent, ten sam cykl pracy: jedna tabliczka znamionowa wskazuje 1800 obr./min, druga 1800/900 obr./min. Druga to maszyna z pojedynczym uzwojeniem, a każda różnica między nimi znajduje się wewnątrz stosu laminacji stojana i skrzynki zaciskowej.

Kiedy ktoś pyta, co ma silnik o biegunach następczych, odpowiedź zaczyna się od dwóch prędkości z jednego uzwojenia, mniej więcej połowy grup cewek porównywalnego konwencjonalnego uzwojenia i zestawu rozwiniętych biegunów, które przenoszą strumień bez przenoszenia miedzi. Mniej komfortową połową odpowiedzi jest spłaszczony kształt fali strumienia w szczelinie powietrznej, większe straty harmoniczne w rdzeniu i słabsze chłodzenie przy niskiej prędkości. O tych trzech kwestiach decyduje w równym stopniu dostawca laminowania, jak i projektant silnika.

Krótka odpowiedź w prostych liczbach

Konsekwentny silnik biegunowy ma następujące cechy, a każda z nich ma bezpośredni wpływ na rdzenie stojana i wirnika, które kupujący musi określić.

Dla zespołu zakupowego lub inżynierskiego, który określa rdzenie, największe znaczenie mają rozwinięte bieguny i kształt fali strumienia. Konsekwentny stojan biegunowy nie jest standardowym stojanem czterobiegunowym z inną tabliczką znamionową; jego sekcje zębów i jarzma napędzane są przez połączenie o niskiej prędkości.

Jak jedno uzwojenie wytwarza dwie liczby biegunowe

Konwencjonalne trójfazowe czterobiegunowe uzwojenie koncentryczne wymaga dwunastu grup cewek: czterech biegunów pomnożonych przez trzy fazy. W konsekwencji uzwojenie biegunowe w tym samym stojanie wykorzystuje sześć. Każda grupa jest połączona w taki sposób, że strumień opuszczający nawinięty biegun powraca przez biegun, który nie zawiera własnej cewki. Ponieważ rozwinięty biegun jest zasilany tą samą żelazną ścieżką, przyjmuje przeciwną polaryzację do swoich sąsiadów i działa dokładnie tak, jak nawinięty biegun przeciwnego znaku.

Podłącz to uzwojenie w jedną stronę, a maszyna będzie działać jako cztery bieguny. Podłącz go ponownie i ta sama miedź zachowuje się jak osiem efektywnych biegunów. Prędkość synchroniczna podąża za liczbą biegunów, więc maszyna 60 Hz daje 1800 obr./min i 900 obr./min. W przypadku poślizgu obciążony silnik klatkowy zwykle ustala się w pobliżu 1750 obr./min i 875 obr./min.

Maszyny indukcyjne prądu przemiennego zbudowane na tej zasadzie opierają się na zestawie rdzeni stojana i wirnika, który został już zwymiarowany pod kątem obu połączeń, czyli w punkcie, w którym spotykają się źródła zasilania komponentów i konstrukcja silnika.

Zespół stojana silnika prądu przemiennego i rdzenia wirnika Bardzo precyzyjne, warstwowe rdzenie stojana i wirnika do silników prądu przemiennego, istotne przy porównywaniu konwencjonalnych i wtórnych układów biegunowych w tej samej ramie. Zobacz produkt →

Konsekwentne uzwojenie biegunowe a konwencjonalne

Poniższe porównanie przeprowadzono dla tej samej ramy stojana 60 Hz pracującej albo jako konwencjonalny czterobiegunowy silnik o pojedynczej prędkości, albo z wynikającym z tego pojedynczym uzwojeniem biegunowym.

Metryki, które pojawiają się dopiero po pierwszym prototypie

Przeglądy projektów skupiają się zazwyczaj na prędkości znamionowej i momencie obrotowym. Poniższy wykres porównuje tę samą ramę stojana w wynikającym z tego połączeniu biegunów z konwencjonalnym połączeniem czterobiegunowym, indeksowanym do 100 w przypadku konwencjonalnym. Są to typowe obserwacje prototypów i stanowisk testowych, a nie pojedyncza wartość z arkusza danych, dlatego traktuj je jako zakresy.

Dwa wysokie słupki generują prace nad przeprojektowaniem. Wibracje i hałas rosną, ponieważ rozwinięty biegun zmienia rozkład sił wokół szczeliny powietrznej, a straty harmoniczne w rdzeniu rosną, ponieważ kształt fali strumienia nie jest już zbliżony do sinusoidalnego. Obydwa efekty skłaniają projektantów do stosowania cieńszych laminatów, gatunków stali krzemowej o niższych stratach, stosów blokowanych, a nie spawanych, a w wielu przypadkach także skośnego wirnika. Aby bliżej przyjrzeć się, jak metoda układania w stosy przesuwa stratę w rdzeniu, zapoznaj się z tym porównaniem rdzenie laminowane blokujące obejmuje praktyczne kompromisy.

Gdzie faktycznie działają maszyny na słupach

Praca z dwiema prędkościami opłaca się wszędzie tam, gdzie przez część dnia obciążenie działa przy pełnym zapotrzebowaniu, a przez resztę dnia przy częściowym obciążeniu. Poniższy rozkład odzwierciedla mieszankę zastosowań obserwowaną w pracy wentylatorów przemysłowych, pomp i sprężarek.

Wspólnym wątkiem jest obciążenie kwadratowe. Moc wentylatora i pompy spada w przybliżeniu z sześcianem prędkości, więc maszyna pracująca z połową prędkości potrzebuje około jednej ósmej mocy wału przy pełnej prędkości. W rezultacie silnik biegunowy przejmuje część tych oszczędności bez użycia elektroniki napędu, dlatego konstrukcja sprawdza się w zastosowaniach wrażliwych na koszty i wymagających dużych obciążeniach, mimo że przetwornice częstotliwości sprawdzają się obecnie w większości innych przypadków.

Drugie znaczenie: kolejne biegunowe wirniki z magnesami trwałymi

Tym samym terminem opisuje się zupełnie inną konstrukcję od strony wirnika. W następnej maszynie z magnesami trwałymi o biegunach montuje się lub osadza magnesy o pojedynczej polaryzacji, a żelazne bieguny pomiędzy nimi są namagnesowane przez sąsiednie magnesy do przeciwnej polaryzacji. Połowa biegunów to magnesy, druga połowa to żelazo.

Dla kupującego konsekwencje są zarówno komercyjne, jak i mechaniczne.

• Masa magnesu spada znacznie na parę biegunów, a magnesy są dominującą pozycją kosztową w silnikach trakcyjnych, serwo i silnikach urządzeń.
• Wirnik staje się wysunięty, więc moment reluktancyjny zwiększa moment obrotowy magnesu, a zakres prędkości przy stałej mocy poszerza się, co pomaga w pracy przy osłabieniu pola.
• Ścieżka strumienia jest asymetryczna, co zwiększa tętnienie momentu obrotowego, niezrównoważone przyciąganie magnetyczne i utratę harmonicznych wirnika.
• Geometria laminowania wirnika staje się krytyczna: łuki biegunowe, bariery strumienia i grubość mostka muszą być dostrojone razem.

Ta ostatnia kwestia dotyczy kwestii produkcyjnej, a nie tylko kwestii symulacyjnej. Tego typu stosy wirników są zwykle splatane, a nie spawane, ponieważ spawanie powoduje zwarcie warstw wzdłuż stosu i zwiększa straty w rdzeniu dokładnie tam, gdzie straty harmoniczne są już duże.

Laminowany rdzeń blokujący do bezspawowych zespołów silników Gotowy, blokowany zespół rdzenia silnika o bezspawowej i bezklejowej konstrukcji, odpowiedni do dwubiegowych zestawów wirników, w których problemem są straty spawalnicze i kontrola produkcji. Zobacz produkt →

Określanie rdzeni dla maszyny dwubiegowej: wykonalna sekwencja

1. Najpierw napraw parę prędkości i obowiązek. Sprawdź, czy niska prędkość ma charakter ciągły, czy jest używana tylko do uruchamiania, pozycjonowania lub pracy w nocy. Standardem jest stosunek 2:1, ale możliwe są inne przełożenia kosztem złożoności uzwojenia.
2. Dobierz obwód magnetyczny dla najgorszych warunków strumienia. Rozwinięte zęby biegunowe i znajdujące się za nimi jarzmo przenoszą skoncentrowany strumień, dlatego należy sprawdzić gęstość strumienia w połączeniu o niskiej prędkości, a nie tylko przy znamionowej dużej prędkości.
3. Sprawdź ponownie chłodzenie przy niskiej prędkości. Jeśli wentylator jest montowany na wale, należy zaplanować wymuszoną wentylację, większy wentylator lub niższą klasę wzrostu temperatury. Ta decyzja często zmienia ramę i obudowę.
4. Wybierz metodę układania celowo. Blokowanie jest szybkie i stabilne wymiarowo pod względem objętości; klejenie daje najniższe straty w rdzeniu; Narzędzia do spawania laserowego lub TIG szybko się zużywają, ale powodują zwarcia międzywarstwowe, które kosztują straty. Maszyny dwubiegowe o dużej zawartości harmonicznych odczuwają tę karę mocniej niż maszyny jednobiegowe.
5. Przed przystąpieniem do obróbki twardej sprawdź próbki wycięte laserowo. Przykładowe laminaty pozwoliły zespołowi zmierzyć prąd jałowy, wzrost temperatury i szumy na rzeczywistym połączeniu.
6. Zablokuj dokumentację. Uzgodnij grubość laminowania, gatunek stali krzemowej, metodę układania, limity zadziorów i zapisy kontroli przed pierwszym zleceniem produkcyjnym.

Dostawca kontrolujący zarówno wsad stali krzemowej, jak i gotowy stos, usuwa jeden ze zwykłych trybów awarii, co jest dobrym powodem do przeglądu łańcuch produkcyjny przed złożeniem zamówienia na rdzenie dwubiegowe.

Szczegóły dotyczące konserwacji i zgodności, które zostają przeoczone

• Identyfikacja terminala. W rezultacie uzwojenie biegunowe zwykle kończy się na sześciu przewodach. Ponowne podłączenie naprawionego silnika do niewłaściwego połączenia powoduje, że maszyna działa, ale z niewłaściwą prędkością i nadmiernym prądem.
• Styczniki i przełączanie. Zmiana prędkości odbywa się mechanicznie, a nie elektronicznie. Wżerowane styki i luźne ogniwa są częstymi powodami, dla których silnik nie osiąga niskiej prędkości.
• Temperatura przy niskiej prędkości. Sprawdź to po każdym przewinięciu. Jeśli warsztat zamontuje zwykły wentylator wałowy, margines przy niskiej prędkości znika.
• Izolacja i limity wzrostu temperatury. Sprawdź zgodność z normą IEC 60034-1 lub NEMA MG 1 i potwierdź klasę izolacji faktycznie stosowaną przez warsztat naprawczy, a nie klasę podaną na oryginalnej tabliczce znamionowej.
• Jakość materiału po przebudowie. W maszynie dwubiegowej straty harmoniczne sprawiają, że gatunek stali krzemowej ma większy wpływ niż w silniku jednobiegowym, więc zastąpienie niższego gatunku w celu obniżenia kosztów zwykle objawia się ciepłem.

Po stronie podaży poproś o udokumentowane systemy jakości, a nie o certyfikaty w broszurze: ISO 9001 jako punkt odniesienia, IATF 16949 w przypadku, gdy silnik trafia do pojazdu, ISO 14001 w zakresie zgodności z wymogami ochrony środowiska oraz ISO 3834 w przypadku ram spawanych, takich jak podstawy maszyn typu skrzynkowego. Dokumenty te umożliwiają kontrolę zamówienia rdzenia dwubiegowego od zwoju stali krzemowej do gotowego stosu, włączając stronę surowca, takiego jak wysokiej jakości nieorientowana stal krzemowa w formie zwojów, pasków lub arkuszy.

Rolka, taśma i arkusz ze stali krzemowej Stal krzemowa o kontrolowanej jakości w postaci rolek, pasków i arkuszy do rdzeni silników i precyzyjnego tłoczenia, istotna przy określaniu materiału do laminowania i dokumentacji dostaw. Zobacz produkt →

W rezultacie silnik biegunowy ma dwie prędkości z jednego uzwojenia, sześć grup cewek zamiast dwunastu, rozwinięte bieguny, które przenoszą strumień, ale nie zawierają miedzi, oraz kształt fali strumienia, który jest twardszy dla rdzenia niż uzwojenie konwencjonalne. Fakty te przekładają się na koszty i ryzyko na etapie laminowania, ponieważ gatunek stali, grubość laminowania, sposób układania i długość stosu muszą zostać wybrane dla połączenia o niskiej prędkości, a nie tylko ze względu na prędkość z tabliczki znamionowej.