Zestawienie głównych silników elektrycznych stosowanych w sektorze przemysłowym 2022

Wstęp

W przemyśle małe i średnie trójfazowe silniki asynchroniczne są obecnie najczęściej stosowanymi produktami silnikowymi.

Różne silniki indukcyjne mają różne zastosowania, wraz z ciągłym rozwojem technologii produkcji silników elektrycznych i badaniami nad zasadą działania silników przemysłowych.

Istnieje również wiele nowych typów silników elektrycznych, w tym silniki z magnesami trwałymi ziem rzadkich, silniki reluktancyjne z przełączaniem, silniki synchroniczne reluktancyjne itp.

Krótkie wprowadzenie do różnych typów silników elektrycznych

Małe i średnie trójfazowe silniki asynchroniczne są obecnie najczęściej stosowanymi produktami silników elektrycznych do zastosowań przemysłowych.

Trójfazowy silnik asynchroniczny jest rodzajem silnika prądu przemiennego, znanego również jako silniki indukcyjne.

Ma szereg zalet, takich jak prosta konstrukcja, łatwa produkcja, solidność, łatwa konserwacja, niski koszt i niska cena.

Dlatego jest szeroko stosowany w przemyśle, rolnictwie, obronie narodowej, lotnictwie, badaniach naukowych, budownictwie, transporcie i życiu codziennym.

Ma niski współczynnik mocy i jest nieco ograniczony w zastosowaniu.

1. Budowa trójfazowego silnika asynchronicznego

Przygotuj trójfazowy silnik indukcyjny do demontażu i obejrzyj jego konstrukcję od zewnątrz.

Poniższy schemat przedstawia zarys i przekrój trójfazowych silników indukcyjnych.

Z zewnątrz silników elektrycznych widać pokrywę wentylatora, wentylator, lewą i prawą zaślepkę, tabliczkę znamionową i skrzynkę zaciskową.

Otwórz skrzynkę zaciskową, aby zobaczyć słupki zaciskowe i przewody doprowadzające.

Zdejmij pokrywę wentylatora, wentylator i zaślepki, wyciągnij wirnik. Zobaczysz rdzeń stojana, rdzeń wirnika, wał, łożyska i inne części wewnątrz silnika.

Rdzeń stojana jest umieszczony w obudowie, a rdzeń wirnika jest osadzony na wale silnika.

Rdzeń stojana ma cewki (uzwojenia), a rdzeń wirnika ma odlany aluminiowy pręt w kształcie klatki.

Uzwojenie żelaznego rdzenia wirnika liniowego z uzwojeniami wirnika.

Jak widać, podstawowa konstrukcja silników elektrycznych klatkowych składa się z części stałej i nieruchomej, wirnika i innych części, jak pokazano na poniższym rysunku:

Silnik z magnesami trwałymi ziem rzadkich

Jest to nowy typ silnika z magnesami trwałymi, który pojawił się na początku lat 70. XX wieku.

Właściwości magnetyczne materiałów z magnesami trwałymi ziem rzadkich są tak doskonałe, że można je namagnesować w celu wytworzenia silnego stałego pola magnetycznego bez potrzeby stosowania dodatkowej energii.

Silnik z magnesami trwałymi ziem rzadkich jest nie tylko bardzo wydajny, ale ma również prostą konstrukcję, niezawodne działanie oraz niewielkie rozmiary i niewielką wagę.

Mogą osiągnąć wysoką wydajność (np. wysoką wydajność, dużą prędkość, wysoką reakcję), której nie mogą dorównać tradycyjne silniki wzbudzone elektrycznie, a także można je przekształcić w specjalne silniki, które mogą spełniać określone wymagania operacyjne.

Wysokowydajne silniki z magnesami trwałymi ziem rzadkich stanowią podstawę wielu nowych technologii i gałęzi przemysłu zaawansowanych technologii.

W połączeniu z energoelektroniką i technologią sterowania mikroelektronicznego może wytwarzać różnorodne produkty mechatroniczne o doskonałej wydajności, takie jak obrabiarki CNC, centra obróbcze, elastyczne linie produkcyjne, roboty, pojazdy elektryczne, wysokowydajny sprzęt AGD, komputery i wiele innych.

Wraz z rozwojem silników synchronicznych z magnesami trwałymi, wysokowydajne silniki synchroniczne z magnesami trwałymi do zastosowań w wysokich temperaturach, wysokiej próżni, pojazdach elektrycznych, falownikach wewnętrznych, zapewniających wysoki moment obrotowy przy niskich prędkościach i samorozruchach, stopniowo wchodzą do konkretnych zastosowań.

Ze względu na specyficzne wymagania eksploatacyjne silników w różnych warunkach pracy, ogólny rozwój silników z magnesami trwałymi stopniowo wykazuje pewne specyficzne cechy.

Wysoka moc i ultrawysoka prędkość jako kierunek rozwoju silników z magnesami trwałymi

Aby zwiększyć moc znamionową silnika indukcyjnego, w zależności od określonej objętości, konieczne jest znaczne zwiększenie prędkości elektrycznego silnika prądu przemiennego.

Silniki z magnesami trwałymi ziem rzadkich nie wymagają uzwojeń wzbudzenia, mają stosunkowo prostą konstrukcję, nie mają źródła ciepła w sekcji pola magnetycznego, nie wymagają urządzeń chłodzących, charakteryzują się dużą koercją materiału.

Może przyjmować większe wartości długości szczeliny powietrznej, dzięki czemu możliwe jest znaczne zwiększenie prędkości.

Kierunek wysokiej wydajności

Nowoczesne urządzenia dla przemysłu motoryzacyjnego stawiają różnorodne wymagania dotyczące wysokich parametrów.

Takie jak wymagania sprzętu wojskowego zapewniające różnorodne wysokowydajne silniki sygnałowe, mobilne elektrownie, urządzenia automatyki z systemami serwo i takimi silnikami, przemysł lotniczy z wysokowydajnym i niezawodnym silnikiem z magnesami trwałymi, sprzęt z włókien chemicznych z silnikiem synchronicznym częstotliwościowym z dużą dokładnością regulacji prędkości, obrabiarki CNC, centra obróbcze, roboty o dużej prędkości niż serwomotor z magnesami trwałymi ziem rzadkich, komputer z precyzyjnym silnikiem wahadłowym i silnikiem wrzecionowym itp., w kierunku rozwoju specjalnych silników przemysłowych.

Rozwój w kierunku lekkości

Produkty lotnicze, pojazdy elektryczne, obrabiarki CNC, komputery, produkty audiowizualne, urządzenia medyczne, przenośne produkty mechatroniki optycznej itp. – wszystkie stawiają surowe wymagania dotyczące silnika indukcyjnego klatkowego o niewielkich rozmiarach i niewielkiej wadze.

Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi został opracowany i zastosowany w technologii dźwigów ze względu na jego niewielkie rozmiary, oszczędność energii, dobre działanie sterujące, łatwy w wykonaniu napęd bezpośredni przy niskiej prędkości, eliminację urządzenia redukcyjnego i regulację prędkości poprzez zmianę częstotliwości.

Przełączany napęd reluktancyjny (SRD)

Jest to najnowsza generacja bezstopniowego systemu kontroli prędkości, opracowana po systemie kontroli częstotliwości i bezszczotkowym systemie kontroli prędkości silnika prądu stałego. Jest to zintegrowana, wysoka technologia światła, maszyny elektrycznej i energii elektrycznej, integrująca nowoczesną mikroelektronikę, technologię cyfrową, energoelektronikę, technologię fotoelektrycznej podczerwieni oraz nowoczesną teorię elektromagnetyczną, technologię projektowania i produkcji.

Posiada system kontroli prędkości zarówno DC, AC, dwa rodzaje zalet systemu kontroli prędkości.

Wielka Brytania, Stany Zjednoczone i inne kraje rozwinięte gospodarczo badania nad systemem kontroli prędkości silnika z reluktancją przełącznika rozpoczęły się wcześniej i osiągnęły znaczące wyniki, poziom mocy produktu od kilku watów do setek kW, szeroko stosowany w sprzęcie gospodarstwa domowego, lotnictwie, przemyśle lotniczym, elektronice, maszynach elektrycznych i pojazdach elektrycznych oraz w innych dziedzinach.

Wypukłe bieguny stojana i wirnika silnika reluktancyjnego z przełączaniem są laminowane ze zwykłych blach ze stali krzemowej w procesie, który minimalizuje straty prądu wirowego i histerezy w silniku.

Na biegunach wirnika nie ma uzwojeń ani magnesów trwałych, komutatorów, pierścieni ślizgowych itp. Bieguny stojana są uzwojone skupionymi uzwojeniami, a dwa promieniowo przeciwne uzwojenia są połączone szeregowo, tworząc jedną fazę.

Silnik reluktancyjny z przełączaniem to silniki elektryczne, które wytwarzają moment obrotowy poprzez wykorzystanie nierównomiernej reluktancji wirnika, zwane także reaktywnym silnikiem synchronicznym, których budowa i zasada działania bardzo różnią się od tradycyjnych synchronicznych silników prądu przemiennego i silników prądu stałego.

It does not rely on the interaction of the magnetic fields generated by the stator and rotor winding currents to produce torque, but on the "principle of minimum reluctance" to produce torque.

This means that "the magnetic flux always closes along the path of least resistance, thus creating a magnetic pull, which in turn creates an electromagnetic torque of a magnetoresistive nature" and "the magnetic lines of force have the nature of trying to shorten the path of the flux in order to reduce the resistance and increase the permeability".

Silnik synchroniczny magnetorezystancyjny

Jest on rozwinięciem tego samego silnika asynchronicznego klatkowego, którego wirnik ma oporność uzwojenia z odlewu aluminiowego klatkowego, ale ze szczeliną reakcyjną odpowiadającą liczbie biegunów stojana (tylko wypukła część roli, bez uzwojenia wzbudzenia i magnesów trwałych), wykorzystywanej do generowania synchronicznego momentu reluktancyjnego.

Silniki synchroniczne magnetorezystancyjne dzielą się na silniki jednofazowe, jednofazowe z kondensatorem, jednofazowe z kondensatorem rozruchowym i jednofazowe z kondensatorem dwuwartościowym.

Obszary zastosowań: reluktancyjne silniki synchroniczne są stosowane głównie w produkcji przemysłowej i rolniczej, transporcie, obronie narodowej, sprzęcie komercyjnym i gospodarstwa domowego, sprzęcie medycznym i elektrycznym itp.

Analiza SWOT powyższych czterech typów silników elektrycznych

1) Małe i średnie trójfazowe silniki asynchroniczne

Zalety: wysoka niezawodność, niski koszt, wysoka dojrzałość technologiczna, duży udział w rynku.

Wady: niska sprawność zwykłych silników, niski próg techniczny, ostra konkurencja, niewystarczająca innowacyjność techniczna.

Szanse: W miejscach o wysokich wymaganiach dotyczących niezawodności warunków pracy można spełnić zwykłe warunki pracy, a promowanie wysokowydajnych silników przemysłowych jest przedmiotem wysiłków na rzecz oszczędzania energii.

Zagrożenia: Rynek magnesów trwałych ziem rzadkich rozwija się, szczególnie na rynku silników o wysokiej sprawności.

(2) Silniki z magnesami trwałymi na bazie metali ziem rzadkich

Zaleta: nie tylko wysoka wydajność, ale także prosta konstrukcja, niezawodne działanie, ale także niewielkie rozmiary i niewielka waga.

Wady: Koszt jest o 30% wyższy niż w przypadku silników asynchronicznych, a rozmagnesowanie będzie zachodzić w wysokich temperaturach przez długi czas.

Możliwości: pola naftowe, przemysł włókien tekstylnych i chemicznych, przemysł ceramiczny i szklarski oraz wentylatory i pompy o długim rocznym czasie pracy.

Udział w rynku stopniowo rośnie.

Zagrożenia: nie można stosować w miejscach o zbyt dużej mocy, głównie ze względu na zbyt wysoki koszt i trudny proces produkcyjny.

(3) Silniki reluktancyjne z przełączaniem

Zalety: prosta konstrukcja silnika, niski koszt, może być stosowany do pracy z dużą prędkością. Prosty i niezawodny obwód mocy, duży moment rozruchowy, niski prąd rozruchowy, odpowiedni do częstego uruchamiania i zatrzymywania, operacji konwersji do przodu i do tyłu, dobra wydajność regulacji prędkości.

Wady: wysoki poziom hałasu i znaczne pulsacje momentu obrotowego przy niskich prędkościach. Należy go używać ze sterownikiem, a koszt obu rozwiązań jest wysoki. Obecny zakres mocy wynosi 8 kW-400 kW i nadaje się tylko do zastosowań specjalnych. W obszarach zastosowań ogólnych zalety w porównaniu z asynchronicznymi systemami sterowania prędkością prądu przemiennego i systemami sterowania prędkością z inwerterem prądu stałego nie są oczywiste.

Szanse: pojazdy elektryczne, przemysł tekstylny, przemysł koksowniczy, przemysł AGD, w obszarach, w których można je wykorzystać z korzyścią, tj. obszarach wymagających wysokiego momentu rozruchowego, wymagań dużych prędkości, środowiska gorącego i wilgotnego oraz częstych przypadkowych obrotów.

Zagrożenia: Problem wysokiego poziomu hałasu jest trudny do przezwyciężenia, a rozwój ograniczony.

(4) Synchroniczne silniki reluktancyjne

Zalety: W porównaniu z silnikami synchronicznymi z magnesami trwałymi, koszt silnika przy tych samych warunkach mocy jest znacznie obniżony, a jednocześnie poszerza się zakres zastosowania silnika i poprawia się niezawodność pracy silnika. Dzięki prostej konstrukcji wirnik nie powoduje strat elektromagnetycznych i pozwala uniknąć wad silników reluktancyjnych przełączania, takich jak wysoki poziom hałasu i znaczne pulsacje momentu obrotowego przy niskich prędkościach.

Wady: niski współczynnik mocy i niska moc wyjściowa w porównaniu do silników asynchronicznych tej samej wielkości.

Szanse: Produkcja przemysłowa i rolnicza, transport, obrona, urządzenia handlowe i domowe, sprzęt medyczny i elektryczny itp.

Zagrożenia: Na etapie badań.

Obecne badania dotyczą silników o mocy ułamkowej, które mają niewielkie znaczenie w systemach prądu przemiennego.

Analiza porównawcza produktów motoryzacyjnych

Projektowanie	Małe i średnie trójfazowe silniki asynchroniczne	Silniki z magnesami trwałymi ziem rzadkich	Silniki reluktancyjne z przełączaniem	Synchroniczne silniki reluktancyjne
Koszt	Niski	Średni	Wysoki	Średni
Niezawodność	Wysoki	Niski	Niski	Niski
Dojrzałość techniczna	Bardzo dojrzały	Dość dojrzały	Sprawiedliwy	Niedojrzały
Udział w rynku	Niezwykle duży	mniej	Mniej	Nic
Efektywność	przeciętny	Wysoki	Sprawiedliwy	Sprawiedliwy
Gęstość miedzi	Wysoki	Niżej	Niżej	Niżej
Prosta struktura	słaby	Dobry	Sprawiedliwy	Dobry
Rozmiar i jakość	Duży, ciężki	Mały, lekki	Mały, lekki	Mały, lekki
Hałas	Niski	Niski	Wysoki	Niski

Z analizy porównawczej różnych konkurencyjnych produktów na kilku poziomach wynika, że ​​mały i średni trójfazowy silnik asynchroniczny jest nadal najbardziej dojrzałym technicznie produktem o największym udziale w rynku.

Jednak w przyszłości musimy dalej optymalizować proces, udoskonalać technologię i wprowadzać dalsze ulepszenia pod względem wydajności i zwartości, aby utrzymać wysoki poziom konkurencyjności.

Zapraszamy do skontaktowania się z silnikiem Dongchun w celu uzyskania bezpłatnej wyceny trójfazowego silnika asynchronicznego w następujący sposób;

Proszę sprawdzić u producenta silnika elektrycznego, jak poniżej;

Zdobądź bezpłatną wycenę od silnika Dongchun

Jeśli są jakieś komentarze, witaj, aby zostawić mi wiadomość.