Gids voor gelijkstroom-elektromotoren: selectie, specificaties en beslissingen over retrofits

Een 400 kW gelijkstroom elektromotor op een papiermachine houdt het natte uiteinde de snelheid binnen 0,1% over een bereik van 20:1, omdat de ankerspanning de snelheid bepaalt, terwijl de veldstroom het koppel bepaalt. Deze splitsing is de reden dat er nog steeds DC-machines worden besteld voor opwikkelmachines, takels, extruders en omkeermolens, ook al winnen AC-aandrijvingen met variabele frequentie bijna elk greenfield-project. De enge vraag waarmee de meeste fabrieken worden geconfronteerd, is anders: is een gelijkstroommotor nog steeds het juiste antwoord voor één specifiek aangedreven machine, en wat hoort er in de specificatie om hem nog eens vijftien jaar te laten draaien?

De retrofitplicht domineert dit deel van de markt. Wanneer een frame, koppeling, versnellingsbak en fundering allemaal rondom een ​​DC-machine werden gedimensioneerd, betekent het vervangen van een AC-motor plus een aandrijving meestal het opnieuw bewerken van de mechanische interface, het opnieuw routeren van kabelgoten en het opnieuw valideren van het koppelmodel op een proces dat zich geen lange uitval kan permitteren. Het behouden van de bestaande motor en het vervangen van de omvormer, de veldvoeding en het feedbackapparaat is vaak de kortere route terug naar productie.

De rest van deze gids behandelt wat een DC-motor is, waar deze nog steeds beter is dan een AC-aandrijving, welke cijfers de specificatie bepalen, hoe deze machines falen en hoe je er een kunt kopen zonder de problemen van een andere fabriek te erven.

Wat een gelijkstroom-elektromotor eigenlijk is

Een gelijkstroom-elektromotor is een roterende machine die elektrische gelijkstroomenergie omzet in mechanisch koppel door stroom door een commutator en borstelset in de ankerwikkeling te voeren, terwijl een afzonderlijk geleverde veldwikkeling de magnetische flux tot stand brengt. Het koppel is evenredig met de ankerstroom vermenigvuldigd met de veldflux; snelheid stijgt met ankerspanning en daalt naarmate de veldflux toeneemt. Omdat deze twee variabelen afkomstig zijn van onafhankelijke krachtbronnen, levert de machine een nominaal koppel bij stilstand en houdt hij een vast toerental aan zonder rotormodel.

Vijf vergaderingen dragen alles wat belangrijk is in de dienst:

• Frame- en veldpalen, die de hoofdstroom transporteren en, op grotere frames, een compenserende wikkeling die de ankerreactie onder het poolvlak annuleert.
• Interpolen, in serie geschakeld met het anker, die de stroom in een spoel omkeren wanneer deze de borstel passeert en de commutatie vonkvrij houden.
• Het gelamineerde anker, waarvan de wikkeling stroom omzet in koppel.
• Commutator en borsteltandwiel, de enige onderdelen die bij normaal gebruik slijten.
• Het koelcircuit, gewoonlijk IC06 afzonderlijk geventileerd of IC17 lucht-lucht op grote frames, en IC411 op kleinere.

Afzonderlijk bekrachtigde machines hebben een stevige veldvoeding nodig: een veldstroom die zakt tijdens een spanningsdip in de installatie verandert de flux, verandert de snelheid en kan de borstelrand binnen een paar cycli tot vonken brengen. Statische excitatiehardware die de veldstroom stabiel houdt onder variaties in de voeding, zorgt ervoor dat commutatie en snelheidsstabiliteit voorspelbaar blijven gedurende een lange levensduur.

Op maat gemaakte en standaard bekrachtigingskasten voor motorbesturing Aanpasbare excitatiekasten regelen de veldstroom om een stabiele flux, snelheid en commutatie te behouden voor afzonderlijk bekrachtigde motorsystemen. Bekijk Product →

Waar een gelijkstroom-elektromotor nog steeds beter is dan een AC-aandrijving

Een DC-motor is de betere keuze in vier specifieke situaties: het volledige koppel is vereist bij nul toerental, het constante koppelbereik is groter dan 10:1, een bestaande mechanische interface moet behouden blijven tot aan de spiebaan van de as, of de belasting heeft een zeer hoog losbreekkoppel nodig zonder versnellingsbak. Buiten deze gevallen is een inductiemotor met een vectorgestuurde aandrijving goedkoper in aanschaf, goedkoper in onderhoud en efficiënter in gebruik.

Op de werkvloer volgen de resterende DC-taken een voorspelbaar patroon:

Geen van deze taken is gekozen vanwege efficiëntie. Ze worden gekozen omdat de aangedreven machine, het procesvenster of het uitvalbudget geen goedkopere manier bieden om dezelfde prestaties te behouden.

De cijfers die bepalend zijn voor de specificatie van een gelijkstroommotor

Vijf waarden bepalen de meeste DC-motorspecificaties: ankerspanning, veldspanning, basissnelheid, topsnelheid en het vereiste koppel bij nulsnelheid. Koeling, isolatieklasse, behuizingsklasse en feedbacktype volgen allemaal uit de inschakelduur en de omgeving rond de machine.

De ankerspanning wordt normaal gesproken vastgelegd door de omvormer die de motor voedt, dus dit is de eerste beperking die moet worden bevestigd en niet de laatste. Rimpeling is net zo belangrijk als de nominale waarde: een hoge rimpel van een converter met lichte belasting verhoogt de verwarming van het anker en verkort de levensduur van de commutatorfilm. Daarom worden de duty-cycle en de nominale waarde van de converter samen gespecificeerd.

Die punten zijn reëel, maar ze beslissen zelden zelf over het project. Een retrofit waarbij de bestaande motor wordt hergebruikt, vermijdt mechanisch werk, inbedrijfstellingstijd en procesrisico's; de energieboete wordt alleen terugverdiend na jarenlang continu draaien. Waar een machine 8000 uur per jaar draait, verandert de rekenkunde en hoort een volledige levenscyclusberekening in de business case.

Hoe een gelijkstroommotor faalt en wat het kost

Een gelijkstroommachine sterft zelden tijdens het opwinden; het sterft bij de commutator. Borstelslijtage, filmbreuk, vonken en flashover zijn verantwoordelijk voor de meeste ongeplande stilstand van DC-motoren, en elk van deze ontwikkelingen ontwikkelt zich langzaam genoeg om te worden opgemerkt door een geplande inspectie.

• Defect van de commutatorfilm. Door een verkeerde borstelkwaliteit, een lage luchtvochtigheid of vervuilde koellucht wordt de oxidefilm verwijderd en binnen enkele weken volgen vonken.
• Borstelslijtage en klapperen. Verloren veerdruk, een ovale commutator of trillingen van de machine versnellen de slijtage en laten ongelijkmatige borstelsporen achter.
• Flash-over. Een plotselinge overbelasting of veldverlies loopt over de borstelarmen en eindigt meestal met een commutator-skim ter plaatse of in een werkplaats.
• Interpoleren en compenseren van wikkelingsfouten. Een losse verbinding of een kortgesloten bocht manifesteert zich als zware vonken onder belasting in plaats van bij nullast.
• Veroudering van de isolatie. Cyclische belasting en thermische cycli maken de ankerisolatie bros lang voordat de lagers gaan klagen.
• Verontreiniging. Koolstofstof, olienevel en vocht in de koellucht tasten zowel de isolatie als de folie aan, en op papier- of voedsellijnen wordt koolstofstof een probleem met de productkwaliteit.

Dit is ook de reden dat een herbouw een legitiem antwoord is. Het terugspoelen, afromen en opnieuw verbinden van een DC-anker, en vervolgens het opnieuw monteren van borsteltandwielen volgens de originele tekeningen, kost vaak een fractie van een nieuwe motor en houdt de mechanische interface onaangeroerd. De beslissing hangt af van de staat van de commutator-risers en van de vraag of de originele kern en as nog steeds binnen de tolerantie vallen.

Hoe u een gelijkstroommotor kunt specificeren en verkrijgen zonder dat u zich verbrandt

Begin bij de aangedreven machine, niet bij het oude typeplaatje. Een vervanging die overeenkomt met het typeplaatje maar de koppeling, de inschakelduur en de omgevingsomstandigheden negeert, is de duurste juiste oplossing.

1. Noteer de mechanische interface: asdiameter en verlenging, spiebaan, flens- of voetpatroon, middenhoogte en eventuele remmen of toerentellers gemonteerd op het niet-aangedreven uiteinde.
2. Schrijf de werkcyclus op: continu of intermitterend, starts per uur, omkeercycli, omgevingstemperatuur, hoogte en hoe lang de machine onder de basissnelheid draait.
3. Bepaal de elektrische omhulling voordat u prijzen opvraagt: ankerspanning beschikbaar bij de omvormer, veldspanning, type feedbackapparaat en of de omvormer wordt behouden of vervangen.
4. Stel thermische en beschermingseisen in: isolatieklasse F met klasse B-stijging als minimum, een IP-classificatie die is afgestemd op stof en spoelwater, ruimteverwarmers, RTD's en een temperatuuruitschakeling van de wikkelingen.
5. Ga akkoord met het reserveonderdelen- en documentatiepakket: borstelkwaliteit en -set, veren, houders, een onderhoudsprocedure voor de commutator, het fabriekstestrapport en een maattekening.

De plicht voor gevaarlijke gebieden voegt nog een laag toe. Een DC-machine met borsteltandwiel in een Zone 1-gebied wordt normaal gesproken geleverd in een drukvaste behuizing, en de certificeringsscope moet zowel de klemmenkast, de ruimteverwarmers en de tachograaf als de motor zelf bestrijken. Door de motor, de veldvoorraad en de startapparatuur als een op elkaar afgestemd pakket te kopen, wordt het grootste deel van het integratierisico weggenomen; Shanghai Pinxing Explosion-proof Motor Co., Ltd. bouwt hoogspannings-, laagspannings- en explosieveilige motorreeksen, evenals de DC- en besturingshardware eromheen, en de bijbehorende gedocumenteerde projectinstallaties laten zien waar de apparatuur mee te maken heeft in kolen-, petrochemische en metallurgische fabrieken.

Retrofits stoppen zelden bij de motor. Als de DC-besturingsvoeding van de fabriek ouder is dan de schijf die deze voedt, voorkomt het vervangen van de distributiehardware bij dezelfde storing een tweede uitschakeling later in hetzelfde jaar.

Op maat gemaakte DC-voedingspanelen voor het starten en besturen van motoren DC-voedingspanelen voor het starten en regelen van motoren, relevant wanneer bij retrofits de vervanging van verouderde DC-besturingsdistributiehardware nodig is. Bekijk Product →

Veelgestelde vragen over gelijkstroom-elektromotoren

Waar wordt een gelijkstroom-elektromotor voor gebruikt?

Het drijft ladingen aan die het volledige koppel nodig hebben bij nulsnelheid of een zeer breed bereik met constant koppel: omkeermolens, papiermachinesecties, mijnliften, extruders, kraantakels en kleine permanente magneetaandrijvingen in apparatuur op batterijen.

Is een DC-motor beter dan een AC-motor met een VFD?

Voor nieuwe installaties, nee. Een AC-motor met vectoraandrijving is efficiënter en heeft geen borstelonderhoud nodig. Voor een bestaande DC-machine binnen een vaste mechanische interface is het behouden van de DC-motor vaak sneller en goedkoper dan het opnieuw bewerken van de aandrijflijn.

Hoe lang gaat een DC-motor mee?

Vijftien jaar of langer is normaal bij geplande borstelinspectie, filmcontroles en periodieke commutator-skimming. De beperkende factor is meestal de toestand van de commutator en de isolatie, en niet de levensduur van het lager.

Kan een gelijkstroommotor in een explosiegevaarlijke omgeving worden gebruikt?

Ja, normaal gesproken in een drukvaste behuizing met gecertificeerde borstelaandrijving, klemmenkast en accessoires. De reikwijdte van de certificering moet elk onderdeel omvatten dat aan de machine wordt toegevoegd, inclusief ruimteverwarmers en snelheidsfeedbackapparatuur.