Przewodnik po silnikach elektrycznych prądu stałego: wybór, specyfikacje i decyzje dotyczące modernizacji

400 kW silnik elektryczny prądu stałego na mokrej części maszyny papierniczej utrzymuje prędkość w granicach 0,1% w zakresie 20:1, ponieważ napięcie twornika ustala prędkość, podczas gdy prąd pola określa moment obrotowy. Z powodu tego podziału nadal zamawia się maszyny prądu stałego do przewijarek, wciągników, wytłaczarek i klatek nawrotnych, mimo że napędy prądu przemiennego o zmiennej częstotliwości wygrywają prawie każdy projekt od podstaw. Wąskie pytanie, przed którym staje większość zakładów, jest inne: czy silnik prądu stałego jest nadal właściwą odpowiedzią dla konkretnej napędzanej maszyny i co należy uwzględnić w specyfikacji, aby zapewnić jego działanie przez kolejne piętnaście lat?

Na tym końcu rynku dominuje obowiązek modernizacji. Kiedy rama, sprzęgło, skrzynia biegów i fundament zostały zwymiarowane wokół maszyny prądu stałego, zamiana silnika prądu przemiennego z napędem zwykle oznacza ponowną obróbkę interfejsu mechanicznego, ponowne poprowadzenie korytek kablowych i ponowną weryfikację modelu momentu obrotowego w procesie, który nie może sobie pozwolić na długie przestoje. Utrzymanie istniejącego silnika i wymiana konwertera, źródła zasilania i urządzenia sprzężenia zwrotnego to często krótsza droga z powrotem do produkcji.

Pozostała część tego przewodnika opisuje, czym jest silnik prądu stałego, w czym nadal przewyższa napęd prądu przemiennego, jakie liczby decydują o specyfikacji, w jaki sposób te maszyny ulegają awariom i jak je kupić, nie dziedzicząc problemów innej fabryki.

Czym właściwie jest silnik elektryczny prądu stałego

Silnik elektryczny prądu stałego to maszyna wirująca, która przekształca energię elektryczną prądu stałego w moment mechaniczny poprzez doprowadzanie prądu przez komutator i zestaw szczotek do uzwojenia twornika, podczas gdy oddzielnie zasilane uzwojenie wzbudzenia ustala strumień magnetyczny. Moment obrotowy jest proporcjonalny do prądu twornika pomnożonego przez strumień pola; prędkość rośnie wraz z napięciem twornika i spada wraz ze wzrostem strumienia pola. Ponieważ te dwie zmienne pochodzą z niezależnych źródeł zasilania, maszyna zapewnia znamionowy moment obrotowy podczas postoju i utrzymuje zadaną prędkość bez modelu wirnika.

Pięć zespołów przenosi wszystko, co ma znaczenie w służbie:

• Rama i słupy polowe, które przenoszą główny strumień, a w przypadku większych ram uzwojenie kompensacyjne, które eliminuje reakcję twornika pod powierzchnią czołową bieguna.
• Interpole połączone szeregowo ze zworą, odwracają prąd w cewce przechodzącej przez szczotkę i zapobiegają iskrzeniu przy komutacji.
• Laminowany twornik, którego uzwojenie przekształca prąd w moment obrotowy.
• Komutator i przekładnia szczotkowa to jedyne części, które zużywają się podczas normalnej pracy.
• Obwód chłodzenia, zwykle IC06 z oddzielną wentylacją lub IC17 powietrze-powietrze w dużych obudowach i IC411 w mniejszych.

Maszyny z oddzielnym wzbudzeniem wymagają sztywnego zasilania polowego: prąd pola, który zanika podczas zapadu napięcia w instalacji, zmienia strumień, zmienia prędkość i może w ciągu kilku cykli spowodować iskrzenie na krawędzi szczotki. Statyczny sprzęt wzbudzający, który utrzymuje stały prąd pola przy wahaniach zasilania, zapewnia przewidywalną komutację i stabilność prędkości przez długi okres użytkowania.

Niestandardowe i standardowe szafy wzbudzeń do sterowania silnikami Konfigurowalne szafy wzbudzeń regulują prąd pola w celu utrzymania stabilnego strumienia, prędkości i komutacji dla układów silników z osobnym wzbudzeniem. Zobacz produkt →

Gdzie silnik elektryczny prądu stałego nadal pokonuje napęd prądu przemiennego

Silnik prądu stałego jest lepszym wyborem w czterech określonych sytuacjach: wymagany jest pełny moment obrotowy przy zerowej prędkości, zakres stałego momentu obrotowego jest szerszy niż 10:1, istniejące połączenie mechaniczne musi zostać zachowane aż do rowka wpustowego wału lub obciążenie wymaga bardzo wysokiego momentu rozruchowego bez skrzyni biegów. Poza tymi przypadkami silnik indukcyjny z napędem sterowanym wektorowo jest tańszy w zakupie, tańszy w utrzymaniu i bardziej wydajny w eksploatacji.

W hali produkcyjnej obowiązki DC, które przetrwają, układają się według przewidywalnego schematu:

Żaden z tych obowiązków nie jest wybierany ze względu na efektywność. Są one wybierane, ponieważ napędzana maszyna, okno procesu lub budżet przestojów nie pozwalają na tańszy sposób na utrzymanie tej samej wydajności.

Liczby decydujące o specyfikacji silnika prądu stałego

Pięć wartości decyduje o specyfikacji większości silników prądu stałego: napięcie twornika, napięcie pola, prędkość podstawowa, prędkość maksymalna i moment obrotowy wymagany przy prędkości zerowej. Chłodzenie, klasa izolacji, klasa obudowy i typ sprzężenia zwrotnego wynikają z cyklu pracy i środowiska wokół maszyny.

Napięcie twornika jest zwykle ustalane przez przetwornicę, która zasila silnik, dlatego jest to pierwsze ograniczenie do potwierdzenia, a nie ostatnie. Tętnienie ma takie samo znaczenie jak wartość nominalna: wysokie tętnienie z przetwornicy o małym obciążeniu zwiększa nagrzewanie twornika i skraca żywotność folii komutatora, dlatego też cykl pracy i parametry przetwornicy są podawane razem.

Te punkty są realne, ale rzadko decydują o projekcie samodzielnie. Modernizacja polegająca na ponownym wykorzystaniu istniejącego silnika pozwala uniknąć prac mechanicznych, czasu uruchomienia i ryzyka procesowego; kara za energię zwraca się dopiero po latach ciągłej pracy. Jeżeli maszyna pracuje 8000 godzin rocznie, zmiany arytmetyczne i obliczenie pełnego cyklu życia należą do uzasadnienia biznesowego.

Jak zawodzi silnik prądu stałego i ile to kosztuje

Maszyna prądu stałego rzadko umiera na uzwojeniu; umiera na komutatorze. Zużycie szczotek, uszkodzenie folii, iskrzenie i rozgorzenie są przyczyną większości nieplanowanych przestojów silników prądu stałego, a każdy z nich rozwija się na tyle wolno, że można go wykryć podczas zaplanowanej kontroli.

• Uszkodzenie filmu komutatora. Niewłaściwy gatunek szczotki, niska wilgotność lub zanieczyszczone powietrze chłodzące powodują zdzieranie warstwy tlenku i w ciągu kilku tygodni następuje iskrzenie.
• Zużycie szczotek i drgania. Utracony docisk sprężyny, owalny komutator czy wibracje maszyny przyspieszają zużycie i pozostawiają nierówne ślady szczotek.
• Rozgorzenie. Nagłe przeciążenie lub utrata pola elektrycznego powstają na ramionach szczotek i zwykle kończą się przetarciem komutatora na miejscu lub w warsztacie.
• Uszkodzenia międzybiegunowe i kompensacyjne uzwojenia. Luźne połączenie lub zwarty zwój objawia się silnym iskrzeniem pod obciążeniem, a nie bez obciążenia.
• Starzenie się izolacji. Praca cykliczna i cykliczne zmiany termiczne powodują kruchość izolacji twornika na długo przed wystąpieniem usterek łożysk.
• Zanieczyszczenie. Pył węglowy, mgła olejowa i wilgoć w powietrzu chłodzącym atakują zarówno izolację, jak i folię, a w przypadku linii papierniczych lub spożywczych pył węglowy staje się problemem jakości produktu.

Z tego też powodu przebudowa jest uzasadnioną odpowiedzią. Przewijanie, przesuwanie i ponowne opasywanie twornika prądu stałego, a następnie ponowne dopasowanie przekładni szczotkowej do oryginalnych rysunków często kosztuje ułamek nowego silnika i pozwala zachować interfejs mechaniczny w nienaruszonym stanie. Decyzja zależy od stanu pionów komutatora oraz od tego, czy oryginalny rdzeń i wał nadal mieszczą się w granicach tolerancji.

Jak określić i pozyskać silnik prądu stałego bez poparzenia

Zacznij od napędzanej maszyny, a nie od starej tabliczki znamionowej. Zamiennik pasujący do tabliczki znamionowej, ale ignorujący sprzęgło, cykl pracy i warunki otoczenia, jest najdroższym rodzajem prawidłowego.

1. Zanotuj interfejs mechaniczny: średnicę i przedłużenie wału, wpust, wzór kołnierza lub łapy, wysokość środka oraz wszelkie hamulce lub tacho zamontowane po stronie nienapędowej.
2. Zapisz cykl pracy: ciągły lub przerywany, liczba uruchomień na godzinę, cykle cofania, temperatura otoczenia, wysokość nad poziomem morza i czas pracy maszyny poniżej prędkości podstawowej.
3. Przed zażądaniem cen napraw obwód elektryczny: napięcie twornika dostępne z konwertera, napięcie pola, typ urządzenia sprzężenia zwrotnego oraz informację, czy konwerter ma zostać zachowany, czy wymieniony.
4. Ustaw wymagania termiczne i ochronne: klasa izolacji F z co najmniej klasą wzrostu B, stopień ochrony IP dostosowany do pyłu i zmywania, grzejniki, czujniki RTD i wyłączenie termiczne uzwojenia.
5. Uzgodnij pakiet części zamiennych i dokumentację: gatunek i zestaw szczotek, sprężyny, oprawki, procedurę serwisowania komutatora, raport z testów fabrycznych i rysunek wymiarowy.

Obowiązek w obszarze niebezpiecznym dodaje jeszcze jedną warstwę. Maszyna prądu stałego z przekładnią szczotkową w strefie 1 jest zwykle dostarczana w ognioszczelnej obudowie, a zakres certyfikacji musi obejmować skrzynkę zaciskową, grzejniki i tacho, a także sam silnik. Zakup silnika, wyposażenia zewnętrznego i wyposażenia rozruchowego w dopasowanym pakiecie eliminuje większość ryzyka integracji; Firma Shanghai Pinxing Explosion-proof Motor Co., Ltd. produkuje gamę silników wysokiego i niskiego napięcia oraz silniki przeciwwybuchowe, a także sprzęt prądu stałego i sprzęt sterujący, a także udokumentowane projekty instalacji pokazać z czym borykają się urządzenia w zakładach węglowych, petrochemicznych i hutniczych.

Modernizacje rzadko kończą się na silniku. Jeśli zasilanie sterujące DC instalacji jest starsze niż zasilany przemiennik, wymiana sprzętu dystrybucyjnego podczas tej samej awarii zapobiega ponownemu wyłączeniu w późniejszym czasie w tym samym roku.

Niestandardowe panele zasilania prądem stałym do uruchamiania i sterowania silnikami Panele zasilania prądem stałym do uruchamiania i sterowania silnikami, przydatne w przypadku modernizacji wymagających wymiany starzejącego się sprzętu do dystrybucji zasilania prądem stałym. Zobacz produkt →

Często zadawane pytania dotyczące silników elektrycznych prądu stałego

Do czego służy silnik elektryczny prądu stałego?

Napędza obciążenia wymagające pełnego momentu obrotowego przy zerowej prędkości lub bardzo szerokim zakresie stałego momentu obrotowego: klatki młyna nawrotnego, sekcje maszyn papierniczych, wyciągi kopalniane, wytłaczarki, wciągniki dźwigowe i małe napędy z magnesami trwałymi w sprzęcie zasilanym akumulatorowo.

Czy silnik prądu stałego jest lepszy niż silnik prądu przemiennego z napędem VFD?

W przypadku nowych instalacji nie. Silnik prądu przemiennego z napędem wektorowym jest bardziej wydajny i nie wymaga konserwacji szczotek. W przypadku istniejącej maszyny prądu stałego wewnątrz stałego interfejsu mechanicznego utrzymanie silnika prądu stałego jest często szybsze i tańsze niż ponowna obróbka układu napędowego.

Jak długo wytrzymuje silnik prądu stałego?

Piętnaście lat lub więcej jest normalne w przypadku planowych przeglądów szczotek, kontroli folii i okresowego szumowania komutatora. Czynnikiem ograniczającym jest zwykle stan komutatora i izolacji, a nie trwałość łożyska.

Czy silnik prądu stałego może być używany w obszarze niebezpiecznym?

Tak, zwykle w ognioszczelnej obudowie z certyfikowaną przekładnią szczotkową, skrzynką zaciskową i akcesoriami. Zakres certyfikacji musi obejmować każdy komponent dodany do maszyny, w tym grzejniki i urządzenia sprzężenia zwrotnego prędkości.