Os conteúdos básicos necessários para a seleção do motor incluem o tipo de carga acionada, potência nominal, tensão nominal, velocidade nominal e outras condições.
1. O tipo de carga acionada
Isto deve ser dito, por sua vez, a partir das características do motor. Os motores podem ser simplesmente divididos em motores CC e motores CA, e os motores CA são divididos em motores síncronos e motores assíncronos.
1.1 Motor CC
A vantagem de um motor CC é a facilidade de ajuste da velocidade através da variação da tensão, além da capacidade de fornecer um torque maior. É adequado para cargas que necessitam de ajustes frequentes de velocidade, como laminadores em siderúrgicas, guindastes em minas, etc. Entretanto, com o desenvolvimento da tecnologia de conversão de frequência, os motores CA também podem ter sua velocidade ajustada pela variação da frequência. Contudo, embora o preço de um motor com conversor de frequência não seja muito superior ao de um motor comum, o custo do conversor de frequência representa a maior parte do valor total do equipamento. Portanto, outra vantagem do motor CC é o seu baixo custo.
A desvantagem dos motores DC é a estrutura complexa. Contanto que qualquer equipamento tenha uma estrutura complexa, isso levará inevitavelmente a um aumento na taxa de falhas. Em comparação com os motores CA, os motores CC têm enrolamentos mais complicados (enrolamentos de excitação, enrolamentos de pólo de comutação, enrolamentos de compensação e enrolamentos de armadura) e anéis coletores, escovas e comutadores também são adicionados. Não só possui altos requisitos de mão de obra do fabricante, mas também o custo de manutenção posterior é relativamente alto. Portanto, em aplicações industriais, os motores DC encontram-se numa situação embaraçosa, onde estão a diminuir gradualmente, mas ainda são úteis na fase de transição. Caso o usuário possua recursos suficientes, recomenda-se escolher a solução de um motor CA com conversor de frequência. Afinal, a utilização de um conversor de frequência também pode trazer muitos benefícios.
1.2. Motor assíncrono
As vantagens dos motores assíncronos são estrutura simples, desempenho estável, manutenção conveniente e preço baixo. E o processo de fabricação também é o mais simples. Certa vez ouvi um antigo técnico da oficina dizer que as horas de trabalho necessárias para montar um motor CC podem completar dois motores síncronos ou quatro motores assíncronos de potência semelhante, o que é evidente. Portanto, os motores assíncronos são os mais utilizados na indústria.
Os motores assíncronos são divididos em motores de gaiola de esquilo e motores enrolados, a diferença está no rotor. Os rotores dos motores de gaiola de esquilo são feitos de tiras de metal, de cobre ou alumínio. O preço do alumínio é relativamente baixo e meu país é um grande país com minas de alumínio, por isso é amplamente utilizado em ocasiões com baixas exigências. No entanto, as propriedades mecânicas e a condutividade elétrica do cobre são melhores que as do alumínio. A maioria dos rotores com os quais entrei em contato são rotores de cobre. Depois que o motor de gaiola de esquilo resolve o problema das linhas quebradas na tecnologia, sua confiabilidade excede em muito a de um motor com rotor enrolado. A desvantagem é que o rotor metálico corta a linha de indução magnética no campo magnético giratório do estator para obter um pequeno torque, e a corrente de partida é grande, o que é difícil para cargas que requerem um grande torque de partida. Embora mais torque possa ser obtido aumentando o comprimento do núcleo do motor, a resistência é muito limitada. Quando o motor enrolado é ligado, o anel coletor é usado para energizar o enrolamento do rotor para formar um campo magnético do rotor, que se move em relação ao campo magnético giratório do estator, de modo que o torque é maior. E a resistência à água é conectada em série para reduzir a corrente de partida durante o processo de partida, e a resistência à água é controlada por um dispositivo de controle eletrônico maduro para alterar o valor da resistência com o processo de partida. É adequado para cargas como laminadores e guinchos. Comparado com o motor de gaiola de esquilo, o motor assíncrono enrolado em fio adicionou anéis coletores e resistores de água, de modo que o preço geral do equipamento aumentou até certo ponto. Comparado aos motores DC, a faixa de velocidade é mais estreita e o torque é relativamente pequeno, e o valor correspondente também é menor.
Porém, como o motor assíncrono energiza o enrolamento do estator para estabelecer um campo magnético rotativo, e o enrolamento é um elemento indutivo que não realiza trabalho, ele precisa absorver energia reativa da rede, o que tem grande impacto na rede. Experimente intuitivamente que quando aparelhos indutivos de alta potência são conectados à rede elétrica, a tensão da rede elétrica cairá e o brilho das luzes diminuirá imediatamente. Portanto, o departamento de fornecimento de energia limitará o uso de motores assíncronos, o que também é algo que muitas fábricas devem considerar. Alguns grandes consumidores de energia, como siderurgias e fábricas de alumínio, optam por construir as suas próprias centrais eléctricas para formar as suas próprias redes eléctricas independentes para reduzir as restrições à utilização de motores assíncronos. Portanto, se o motor assíncrono precisar ser usado para cargas de alta potência, ele precisará ser equipado com um dispositivo de compensação de potência reativa, enquanto o motor síncrono pode fornecer potência reativa à rede através do dispositivo de excitação. Quanto maior a potência, mais óbvias são as vantagens dos motores síncronos, criando assim o estágio dos motores síncronos.
1.3. Motor síncrono
As vantagens dos motores síncronos incluem compensação de potência reativa no estado superexcitado e 1) a velocidade dos motores síncronos obedece estritamente a n=60f/p, o que pode controlar com precisão a velocidade; 2) alta estabilidade operacional. Quando a tensão da rede cai repentinamente, o sistema de excitação geralmente forçará a excitação para garantir a operação estável do motor, enquanto o torque do motor assíncrono (proporcional ao quadrado da tensão) cairá significativamente; 3) A capacidade de sobrecarga é maior que a do motor assíncrono correspondente; 4) A eficiência operacional é alta, especialmente para motores síncronos de baixa velocidade.
Os motores síncronos não podem ser iniciados diretamente e requerem partida assíncrona ou com frequência variável. Partida assíncrona significa que o motor síncrono está equipado com um enrolamento de partida semelhante ao enrolamento de gaiola do motor assíncrono no rotor, e uma resistência adicional cerca de 10 vezes o valor da resistência do enrolamento de excitação é conectada em série no circuito de excitação para formar um circuito fechado, e o estator do motor síncrono é conectado diretamente à rede elétrica, de modo que ele parte como um motor assíncrono, e quando a velocidade atinge a velocidade subsíncrona (95%), o método de partida de corte o resistência adicional; o início da conversão de frequência não será repetido. Portanto, uma das desvantagens dos motores síncronos é a necessidade de adicionar equipamentos adicionais para partida.
Um motor síncrono opera na corrente de excitação. Se não houver excitação, o motor é assíncrono. A excitação é um sistema DC aplicado ao rotor. Sua velocidade de rotação e polaridade são consistentes com as do estator. Se houver um problema com a excitação, o motor perderá o passo e não poderá ser ajustado. Acionará o disparo do motor da proteção “falha de excitação”. Portanto, a segunda desvantagem do motor síncrono é a necessidade de aumentar o dispositivo de excitação, que no passado era fornecido diretamente pela máquina CC, mas agora é alimentado principalmente pelo retificador tiristor. Como diz o velho ditado, quanto mais complexa for a estrutura e quanto mais equipamentos, mais pontos de falha e maior será a taxa de falha.
De acordo com as características de desempenho dos motores síncronos, suas aplicações são principalmente em cargas como talhas, moinhos, ventiladores, compressores, laminadores e bombas d'água.
Resumindo, o princípio de seleção de um motor é escolher um motor com estrutura simples, preço baixo, operação confiável e manutenção conveniente, partindo da premissa de que o desempenho do motor atenda aos requisitos do maquinário de produção. Nesse aspecto, os motores CA são superiores aos motores CC, os motores assíncronos CA são superiores aos motores síncronos CA e os motores assíncronos de gaiola de esquilo são superiores aos motores assíncronos enrolados.
Para máquinas de produção com carga estável e sem requisitos especiais de partida e frenagem, a operação contínua de máquinas de produção deve preferencialmente usar motores assíncronos comuns de gaiola de esquilo, que são amplamente utilizados em máquinas, bombas de água, ventiladores, etc.
Motores assíncronos do tipo bobinado devem ser usados para máquinas de produção que dão partida e freiam com frequência e exigem torques de partida e frenagem relativamente grandes, como pontes rolantes, guinchos de minas, compressores de ar e laminadores irreversíveis.
Motores síncronos devem ser usados em ocasiões onde não há necessidade de regulação de velocidade, é necessária velocidade constante ou é necessária melhoria do fator de potência, como bombas de água de média e grande capacidade, compressores de ar, talhas, moinhos, etc.
A faixa de regulação de velocidade deve estar acima de 1:3, e as máquinas de produção que requerem regulação de velocidade contínua, estável e suave devem usar motores CC excitados separadamente ou motores assíncronos de gaiola de esquilo ou motores síncronos com regulação de velocidade de conversão de frequência, como grandes máquinas-ferramentas de precisão, plainas de pórtico, laminadores, elevadores, etc.
Para máquinas de produção que exigem grande torque de partida e características mecânicas suaves, use motores CC de excitação em série ou composta, como bondes, locomotivas elétricas e guindastes pesados.
2. Potência nominal
A potência nominal do motor refere-se à potência de saída, ou seja, à potência do eixo, também conhecida como capacidade, que é o parâmetro simbólico do motor. É o índice mais importante para quantificar a capacidade do motor de arrastar a carga e também é um requisito de parâmetro que deve ser fornecido na seleção do motor.
O princípio da seleção correta da capacidade do motor é determinar a potência do motor de forma mais econômica e razoável sob a premissa de que o motor é capaz de produzir requisitos de carga mecânica. Se a potência for selecionada muito grande, o investimento no equipamento aumentará, resultando em desperdício, e o motor ficará frequentemente subcarregado, e a eficiência e o fator de potência do motor CA serão baixos; pelo contrário, se a potência for selecionada muito pequena, o motor ficará sobrecarregado, causando danos prematuros ao motor.
Existem três fatores que determinam a potência principal do motor:
1) O aquecimento e o aumento da temperatura do motor, que é o fator mais importante que determina a potência do motor;
2) Permitir capacidade de sobrecarga de curto prazo;
3) Para motores assíncronos de gaiola de esquilo, a capacidade de partida também deve ser considerada.
Primeiro, o maquinário de produção específico calcula e seleciona a potência de carga de acordo com sua geração de calor, aumento de temperatura e requisitos de carga e, em seguida, pré-seleciona a potência nominal do motor de acordo com a potência de carga, serviço e requisitos de sobrecarga. Após a pré-seleção da potência nominal do motor, é necessário verificar a geração de calor, capacidade de sobrecarga e capacidade de partida quando necessário. Se um deles não for qualificado, o motor deverá ser selecionado novamente e verificado novamente até que todos os itens estejam qualificados. Portanto, o sistema de funcionamento também é um dos requisitos que devem ser atendidos. Se não houver exigência, será tratado de acordo com o sistema de trabalho S1 mais convencional por padrão; motores com requisitos de sobrecarga também precisam fornecer múltiplos de sobrecarga e tempo de operação correspondente; motores assíncronos de gaiola de esquilo acionam ventiladores e outras grandes rotações. Para cargas inerciais, também é necessário fornecer o momento de inércia da carga e o gráfico do torque da resistência de partida para verificar a capacidade de partida.
A seleção de potência nominal acima é realizada sob a premissa de que a temperatura ambiente padrão é de 40°C. Se a temperatura ambiente do motor mudar, a potência nominal do motor deverá ser corrigida. De acordo com cálculos teóricos e práticos, quando a temperatura ambiente é diferente, a potência do motor pode ser aumentada ou diminuída aproximadamente de acordo com a tabela abaixo.
Portanto, áreas com climas rigorosos também precisam fornecer temperatura ambiente. Por exemplo, na Índia, a temperatura ambiente precisa ser calibrada em 50°C. Além disso, a altitude elevada também afetará a potência do motor. Quanto maior a altitude, maior será o aumento da temperatura do motor e menor será a potência de saída. E os motores utilizados em grandes altitudes também precisam considerar a influência do fenômeno corona.
3. Tensão nominal
A tensão nominal do motor refere-se à tensão da linha no modo de trabalho nominal.
A seleção da tensão nominal do motor depende da tensão de alimentação do sistema de potência do empreendimento e do tamanho da capacidade do motor.
A seleção do nível de tensão do motor CA é determinada principalmente pelo nível de tensão da fonte de alimentação do local de uso. Geralmente, a rede de baixa tensão é de 380 V, portanto a tensão nominal é 380 V (conexão Y ou △), 220/380 V (conexão △/Y) e 380/660 V (conexão △/Y). Quando a potência do motor de baixa tensão é aumentada para um determinado nível (como 300KW/380V), a corrente é limitada pela capacidade de carga do fio, por isso é difícil aumentá-lo ou o custo é muito alto . É necessário obter alta potência aumentando a tensão. A tensão de alimentação da rede de alta tensão é geralmente 6000 V ou 10000 V, e também existem níveis de tensão de 3300 V, 6600 V e 11000 V em países estrangeiros. As vantagens dos motores de alta tensão são alta potência e forte resistência ao impacto; as desvantagens são a grande inércia e a dificuldade de partida e frenagem.
A tensão nominal do motor CC também deve corresponder à tensão da fonte de alimentação. Geralmente 110V, 220V e 440V. Entre eles, 220V é o nível de tensão comum e o motor de alta potência pode ser aumentado para 600-1000V. Quando a fonte de alimentação CA é 380 V e um circuito retificador tiristor de ponte trifásico é usado para a fonte de alimentação, a tensão nominal do motor CC deve ser 440 V. Quando uma fonte de alimentação retificadora tiristor trifásica de meia onda é usada para alimentação, a tensão nominal do motor CC deve ser 220V.
4. velocidade nominal
A velocidade nominal do motor refere-se à velocidade no modo de trabalho nominal.
Tanto o motor quanto as máquinas de trabalho por ele acionadas possuem velocidade nominal própria. Ao selecionar a velocidade do motor, deve-se observar que a velocidade não deve ser selecionada muito baixa, pois quanto menor a velocidade nominal do motor, mais pólos, maior o volume e maior o preço; ao mesmo tempo, a velocidade do motor não deve ser selecionada muito alta, pois isso tornaria o mecanismo de acionamento excessivamente complexo e difícil de manter.
Além disso, quando a potência é constante, o torque do motor é inversamente proporcional à velocidade.
Portanto, aqueles que não possuem requisitos elevados de partida e frenagem podem fazer uma comparação abrangente com diversas velocidades nominais diferentes em termos de investimento inicial do equipamento, espaço físico e custos de manutenção e, finalmente, determinar a velocidade nominal; Porém, se a duração do processo de transição tem pouco efeito na produtividade, além de considerar o investimento inicial, a relação de velocidade e a velocidade nominal do motor são selecionadas principalmente com base na condição de que a perda do processo de transição seja mínima . Por exemplo, o motor da talha requer rotação frequente para frente e para trás e grande torque, mas a velocidade é muito baixa. O motor é volumoso e caro.
Quando a velocidade do motor é alta, a velocidade crítica do motor também precisa ser considerada. O rotor do motor vibrará durante a operação. A amplitude do rotor aumenta com o aumento da velocidade. Diminuindo gradualmente e estabilizando dentro de uma certa faixa, a velocidade na qual a amplitude do rotor é maior é chamada de velocidade crítica do rotor. Esta velocidade de rotação é igual à frequência natural do rotor. Quando a velocidade continua a aumentar, a amplitude aumentará novamente quando estiver próxima de 2 vezes a frequência natural. Quando a velocidade é igual a 2 vezes a frequência natural, é chamada de velocidade crítica de segunda ordem e, por analogia, existem velocidades críticas de terceira e quarta ordem. Se o rotor funcionar a uma velocidade crítica, ele vibrará violentamente e a curvatura do eixo aumentará significativamente. A operação de longo prazo também causará sérias deformações por flexão do eixo ou até mesmo quebrá-lo. A velocidade crítica de primeira ordem do motor é geralmente superior a 1500 rpm, portanto os motores convencionais de baixa velocidade geralmente não consideram a influência da velocidade crítica. Por outro lado, para um motor de alta velocidade de 2 pólos com velocidade nominal próxima a 3000 rpm, este efeito precisa ser considerado e o motor não deve ser utilizado na faixa de velocidade crítica por um longo período.
De modo geral, o motor pode ser determinado aproximadamente fornecendo o tipo de carga acionada, a potência nominal, a tensão nominal e a velocidade nominal do motor. Mas estes parâmetros básicos não são suficientes para que os requisitos de carga sejam atendidos de forma ideal. Os parâmetros que precisam ser fornecidos incluem frequência, sistema de trabalho, requisitos de sobrecarga, nível de isolamento, nível de proteção, momento de inércia, curva de momento de resistência de carga, método de instalação, temperatura ambiente, altitude, requisitos externos, etc., de acordo com condições específicas. .
