Różnica między silnikami jednofazowymi i trójfazowymi: wielkość i wydajność

Pompa odwiertowa o mocy 2,2 kW ulega awarii w gospodarstwie, które ma już trójfazowe zasilanie 400 V. W dokumentacji konserwacyjnej wymieniono wymianę jednofazową, dlatego należy zamówić i zainstalować jednostkę jednofazową. Dwa miesiące później kondensator roboczy wybrzusza się, kabel w pompowni nagrzewa się do około 15 A, a silnik wyłącza się z powodu przeciążenia termicznego podczas długiego poboru. Silnikowi nic się nie stało. Specyfikacja była.

Różnica między silnikiem jednofazowym a silnikiem trójfazowym nie jest etykietą na tabliczce znamionowej. Zmienia moment rozruchowy, prąd na kilowat, rozmiar ramy pasujący do wspornika, kabel, który należy pociągnąć, oraz elementy konserwacyjne, które będziesz kupować przez następne dziesięć lat.

Dlaczego te dwa projekty zachowują się inaczej

Obie maszyny są silnikami indukcyjnymi z wirnikiem klatkowym i laminowanym rdzeniem stojana. Różnica polega prawie wyłącznie na uzwojeniu stojana i wpływie na nie zasilania.

Trójfazowy: pole, które już się obraca

Trzy uzwojenia oddalone od siebie o 120 stopni elektrycznych, zasilane z sieci trójfazowej, wytwarzają falę strumieniową, która wiruje z prędkością synchroniczną (120-krotność częstotliwości podzielona przez liczbę biegunów). Wirnik widzi poruszające się pole od chwili zatrzymania, więc moment obrotowy jest dostępny przy prędkości zerowej, bez żadnych urządzeń pomocniczych. Moment obrotowy jest zasadniczo stały w każdym cyklu elektrycznym, dlatego maszyny trójfazowe pracują cicho i płynnie utrzymują obciążenie przy niskiej prędkości.

Jednofazowe: pole pulsujące, które należy oszukać, aby wirowało

Jedno uzwojenie przy zasilaniu jednofazowym wytwarza strumień pulsujący, który matematycznie dzieli się na dwa przeciwbieżne pola o jednakowej sile. Na postoju znoszą się, więc moment rozruchowy netto wynosi zero. Przemysł rozwiązuje ten problem za pomocą uzwojenia pomocniczego przesuniętego o około 90 stopni elektrycznych oraz kondensatora (rozruchowy, kondensatorowy lub stały kondensator dzielony), przekaźnika rozruchowego lub zacienionego bieguna w przypadku małych rozmiarów. Gdy wirnik osiągnie około 70–80 procent prędkości, przełącznik odśrodkowy lub przekaźnik odłącza obwód pomocniczy.

Następują dwie konsekwencje. Po pierwsze, moment obrotowy nadal pulsuje z dwukrotnie większą częstotliwością sieci, więc silniki jednofazowe wibrują bardziej i są głośniejsze przy tej samej mocy wyjściowej. Po drugie, prąd na kilowat jest mniej więcej trzy razy większy przy 230 V niż równoważny silnik trójfazowy pobierany przy 400 V, co wpływa na rozmiar kabla, parametry stycznika i spadek napięcia na długich dystansach.

Konstrukcja laminowania jest zgodna z uzwojeniem. Stojan jednofazowy zwykle dzieli swoje szczeliny na mniej więcej dwie trzecie uzwojenia głównego i jedną trzecią pomocniczego, podczas gdy stojan trójfazowy wykorzystuje rozproszony pas fazowy o kącie 60 stopni ze zrównoważonym rozmieszczeniem szczelin. Zmienia to liczbę szczelin, szerokość zębów i stosunek miedzi do żelaza w obrębie tej samej średnicy zewnętrznej. Jeśli chcesz bardziej szczegółowo zapoznać się z teorią nawijania, to wyjaśnienie jak działa silnik trójfazowy przechodzi przez pole, poślizg i rdzeń projektu.

Zespół stojana silnika prądu przemiennego i rdzenia wirnika Precyzyjnie ułożone rdzenie stojana i wirnika ze stali krzemowej do silników prądu przemiennego, zaprojektowane z myślą o zapewnieniu wydajności, niskiego poziomu hałasu i stabilnego momentu obrotowego w zastosowaniach przemysłowych. Zobacz produkt →

Bezpośrednie porównanie rzeczywistych specyfikacji

Poniższa tabela przedstawia typowe wartości dla 4-biegunowych silników przemysłowych 50 Hz o mocy poniżej 5 kW, zaczerpnięte z powszechnych danych katalogowych i klas sprawności IEC. Traktuj zakresy jako narzędzie przesiewowe, a następnie potwierdź je arkuszem testowym producenta.

Luka w efektywności mierzona oceną

Przewaga wydajnościowa prądu trójfazowego nie jest liczbą stałą. Jest największy przy małych wartościach znamionowych, gdzie uzwojenie pomocnicze, straty kondensatora i większa gęstość prądu najbardziej szkodzą projektom jednofazowym, i zwęża się w miarę powiększania się ram.

• Jasnozielone paski: jednofazowe silniki zasilane kondensatorem, zwykle od 68 do 80 procent przy tych wartościach znamionowych.
• Ciemnozielone paski: silniki trójfazowe IE3, od około 80 procent przy 0,75 kW do prawie 88 procent przy 3,7 kW.
• Przy mocy 0,75 kW różnica wynosi około 12 punktów; przy 3,7 kW jest bliżej 8 punktów. W przypadku pompy pracującej 4000 godzin rocznie jest to różnica pomiędzy dwoma rachunkami za prąd, a nie dwoma procentami.

Należy pamiętać, że klasy wydajności IEC 60034-30-1 mają zastosowanie do maszyn trójfazowych; silniki jednofazowe nie mieszczą się w tej klasyfikacji, więc katalogu nie można porównywać między klasami. Zamiast tego poproś o zmierzone dane testowe i sprawdź gatunek, grubość i współczynnik układania stali elektrotechnicznej za tymi liczbami.

Gdzie nadal znajdują się silniki jednofazowe

Zapotrzebowanie na energię jednofazową koncentruje się w sprzęcie podłączanym do sieci domowej lub lekko komercyjnej. Poniższy podział stanowi orientacyjny odczyt zastosowań małych silników, a nie spis rynku, ale odpowiada temu, co większość zespołów zakupowych widzi w tym segmencie.

Tam, gdzie te same zadania są realizowane w instalacji z dystrybucją trójfazową, prawie zawsze zalecana jest wersja trójfazowa, nawet o mocy 0,37 kW, ponieważ mniejsza rama, dłuższa żywotność i standardowe zabezpieczenie przed przeciążeniem przeważają nad niewielką różnicą w cenie.

Praktyczna sekwencja selekcji

1. Potwierdź zasilanie w skrzynce zaciskowej, a nie na rysunku. Zmierzyć napięcie sieciowe i sprawdzić, czy występuje przewód neutralny. Silnik jednofazowy 230 V zasilany trójfazowo 400 V wymaga innego rozrusznika, a nie innego silnika.
2. Rozmiar zależy od momentu obrotowego, a nie kilowatów. Obciążenie, które uruchamia się pod pełnym obciążeniem, takie jak obciążony przenośnik lub pompa wyporowa, może wymagać jednostki jednofazowej o rozruchu kondensatorowym o mocy dwukrotnie większej niż wartość znamionowa lub jednostki trójfazowej z softstarterem.
3. Liczenie rozpoczyna się na godzinę. Częste uruchamianie jest trudne dla kondensatorów i przełączników odśrodkowych. Powyżej około sześciu do ośmiu uruchomień na godzinę, trójfazowy z napędem VFD jest trwalszym wyborem.
4. Dopasuj interfejs mechaniczny. Przed złożeniem zamówienia sprawdź położenie ramy, kołnierza, wału i skrzynki zaciskowej względem istniejącego wspornika, ponieważ mniejsza rama trójfazowa nie będzie przykręcona do stopy jednofazowej bez adaptera.
5. Napraw podstawową specyfikację. Gatunek stali elektrotechnicznej, grubość laminowania, współczynnik układania oraz konstrukcja łącząca lub spawana decydują o stratach i poziomie szumów. Nasz produkcja rdzeni i ram przegląd wyjaśnia, w jaki sposób wybory związane z tłoczeniem, układaniem w stosy i spawaniem wpływają na wynik końcowy.
6. Zbierz dokumenty. Klasa wydajności, klasa izolacji, stopień ochrony IP, raport z testów i certyfikat jakości powinny zostać dostarczone przed towarem, a nie po uruchomieniu.

Wysokiej jakości cewki ze stali krzemowej o niezorientowanym ziarnie Cewki ze stali krzemowej NGO o niskich stratach w rdzeniu i jednolitej grubości rdzeni silników i transformatorów, dostępne w niestandardowych szerokościach i wykończeniach powierzchni. Zobacz produkt →

Punkty konserwacji i zgodności, które zostają pominięte

Silniki jednofazowe noszą elementy zużywalne, których nie mają silniki trójfazowe. Kondensatory robocze stopniowo tracą pojemność, co podnosi prąd i temperaturę na długo przed całkowitą awarią silnika; w przypadku gorących obudów należy planować inspekcję co trzy do pięciu lat i wymianę, gdy pojemność spadnie o ponad 10 procent poniżej wartości znamionowej. Przełączniki odśrodkowe i przekaźniki rozruchu wytwarzają łuk przy każdym uruchomieniu, więc stan styków należy do listy konserwacji zapobiegawczej.

Silniki trójfazowe wymieniają te elementy na wrażliwość na zasilanie. Asymetria napięcia powyżej około 1 procent powoduje nieproporcjonalną asymetrię prądu i szybkie nagrzewanie uzwojenia, więc zabezpieczenie przed zanikiem fazy i asymetrią nie jest opcjonalne w lokalizacjach bez nadzoru. W przypadku stosowania falownika VFD należy określić izolowane zamknięcia końcówek łożysk i sprawdzić, czy system izolacji uzwojeń jest przystosowany do wartości znamionowej dv/dt falownika, szczególnie w przypadku długich tras kablowych.

Jeśli chodzi o zgodność, przepisy dotyczące wydajności i klasy IE dotyczą zazwyczaj maszyn trójfazowych, co oznacza, że ​​jednostki jednofazowe mogą spokojnie znajdować się poza ramami. Jeśli przetarg wymaga klasy sprawności, przed przyjęciem deklaracji dotyczącej jednostki jednofazowej należy potwierdzić na piśmie, które typy silników faktycznie obejmują przepisy.

Zespół rdzenia silnika z blokadą laminowaną Bezspawowe, bezklejowe, laminowane rdzenie do silników i transformatorów, zapewniające spójne ścieżki magnetyczne i stabilną jakość produkcji masowej. Zobacz produkt →

Niezależnie od tego, jaki typ kupisz, w rdzeniu stojana i wirnika określane są straty, zanim jeszcze zostanie włożone uzwojenie. Stała jakość laminowania, kontrolowane ciśnienie układania i stabilny łańcuch dostaw stali mają większe znaczenie dla długoterminowej wydajności niż marginalna różnica w cenie katalogowej i są częścią specyfikacji, którą warto sprawdzić u dostawcy, a nie w arkuszu danych.