Vergleich verschiedener Arten von Elektromotoren (was ist der Unterschied), Eigenschaften, Vor- und Nachteile, Merkmale ihrer Verwendung
Die Gestaltungsmöglichkeiten von Elektromotoren gewährleisten die Erfüllung unterschiedlicher Anforderungen – hinsichtlich Leistung, mechanischen Eigenschaften und äußeren Arbeitsbedingungen. Dies ermöglicht es der elektrotechnischen Industrie, spezielle Motorenserien für bestimmte Branchen herzustellen, die der Funktionsweise dieser Arbeitsmaschinen am besten entsprechen.
Die Auswahl eines Elektromotors beginnt mit der Auswahl des Motortyps entsprechend den mechanischen Eigenschaften der Betriebsart des Antriebsmechanismus unter Berücksichtigung der wirtschaftlichen Eigenschaften der verschiedenen Typen: Preis, Wirkungsgrad, cos phi.
Die Elektroindustrie produziert folgende Arten von Elektromotoren:
Asynchrone Drehstrom-Käfigläufermotoren
Von allen Arten von Elektromotoren sind sie am einfachsten aufgebaut, mechanisch zuverlässig, einfach zu bedienen und zu steuern und am kostengünstigsten. Die mechanische Charakteristik ist «starr»: Die Geschwindigkeit ändert sich bei allen Belastungswerten kaum.Großer Anlaufstrom (5-7-facher Nennstrom). Die Drehzahlkontrolle ist schwierig und wurde bisher fast nie durchgeführt.
Es werden mehrstufige Elektromotoren hergestellt, die in Antrieben von Zerspanungsmaschinen und verschiedenen Aggregaten eingesetzt werden, die über keine speziellen Vorrichtungen zur Drehzahländerung verfügen. Sie werden mit einem Käfigläufer, zwei, drei und vier Geschwindigkeiten hergestellt, wobei die Anzahl der Pole der Statorwicklung umgeschaltet wird.
Der Hauptnachteil von asynchronen Elektromotoren ist Leistungsfaktor (cos phi) ist immer spürbar kleiner als eins, insbesondere unter Last.
Derzeit werden damit die Probleme gelöst, die mit einem großen Anlaufstrom von asynchronen Drehstrommotoren verbunden sindSoftstarter (Sanftstarter) und Drehzahlregelungsprobleme werden durch die Durchschaltung von Elektromotoren gelöstFrequenzumrichter.
Die Vorteile von Asynchron-Elektromotoren, die eine so breite und weit verbreitete Anwendung ermöglicht haben, sind folgende:
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hohe wirtschaftliche Ergebnisse. Der Wirkungsgrad von Elektromotoren für den Masseneinsatz liegt im Bereich von 0,8-7-0,9, für große Maschinen bei bis zu 0,95 und mehr;
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Einfachheit des Designs, mechanische Zuverlässigkeit, einfache Verwaltung;
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die Möglichkeit der Freigabe auf jede praktisch notwendige Kapazität;
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einfache Anwendbarkeit der Konstruktionsformen des Motors auf Betriebsbedingungen: bei erhöhten Temperaturen, Installation im Freien und Einwirkung verschiedener klimatischer Faktoren, in Gegenwart von Staub oder hoher Luftfeuchtigkeit, in explosionsgefährdeten Umgebungen usw.
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Einfachheit der automatischen Steuerung, sowohl als einzelne Arbeitsmaschine als auch als Gruppe von Maschinen, die durch einen einzigen Produktionsprozess verbunden sind.
Asynchrone Drehstrom-Elektromotoren mit Schleifringen und Rheostat-Anlauf
Im Vergleich zu einem Kurzschluss – größere Komplexität der Steuerung und hohe Kosten. Die übrigen Eigenschaften sind die gleichen wie bei asynchronen Drehstrom-Elektromotoren mit Käfigläufer.
Asynchrone einphasige Elektromotoren
Im Vergleich zu dreiphasig – geringerer Wirkungsgrad, niedrigerer cos phi. Sie werden nur in kleinen Stückzahlen produziert.
Das Gerät und das Funktionsprinzip von Asynchron-Elektromotoren
Mehrgeschwindigkeitsmotoren und ihre Verwendung
Synchronmotoren
Strukturell komplexer und teurer als asynchron; schwieriger zu handhaben. Der Wirkungsgrad ist deutlich höher als der von asynchronen. Die Umdrehungen hängen nur von der Frequenz des Stroms ab und bleiben bei konstanter Frequenz für alle Lasten streng unverändert. Eine Geschwindigkeitskontrolle entfällt. Der Hauptvorteil ist die Möglichkeit, mit cos phi = 1 und im kapazitiven Modus zu arbeiten. Sie werden hauptsächlich in Blockleistungen über 100 kW hergestellt und eingesetzt.
Wie unterscheidet man einen Synchronmotor von einem Induktionsmotor?
Methoden und Schemata zum Starten von Synchronmotoren
Wechselstrommotoren
Der Hauptvorteil ist eine gute Geschwindigkeitskontrolle. Strukturell komplex. Das Vorhandensein eines Kollektors und von Bürsten beeinträchtigt die Zuverlässigkeit des Elektromotors und erfordert deren besondere Wartung.
Elektromotoren mit Gleichstrom, Reihen-, Parallel- und Mischerregung
Strukturell ist es viel komplexer und viel teurer als asynchron. Sie sind schwieriger zu kontrollieren und erfordern eine ständige Betriebsüberwachung. Der Hauptvorteil ist die einfache Möglichkeit, die Geschwindigkeit reibungslos und in einem ziemlich großen Bereich zu steuern.
Die mechanischen Eigenschaften von Reihenmotoren sind «weich»: Die Drehzahl ändert sich sehr empfindlich mit der Last, die Drehzahl des Nebenschlussmotors ändert sich bei Lastschwankungen kaum.
Ein häufiger Nachteil von Gleichstrommotoren ist die Notwendigkeit zusätzlicher Geräte zur Gewinnung von Gleichstrom (Magnetverstärker, Thyristor-Spannungsregler usw.).
Das Gerät und Funktionsprinzip moderner bürstenloser Gleichstrommotoren
Elektromotoren automatischer Steuerungssysteme: Schrittmotoren und Servomotoren.
Was ist der Unterschied zwischen einem Servoantrieb und einem Schrittmotor?
Innerhalb des ausgewählten Typs wird der Motor für die erforderliche Drehzahl und erforderliche Leistung ausgewählt.
Die richtige Wahl des Motors im Hinblick auf die Leistung ist sehr wichtig und hat einen erheblichen Einfluss auf die Wirtschaftskennzahlen und die Produktivität der Arbeitsmaschinen.
Das Ergebnis einer Überschätzung der installierten Leistung von Motoren ist der Betrieb mit verringerten Effizienzwerten, und bei Wechselstrom-Induktionsmotoren mit verringerten Cos-Phi-Werten werden außerdem die Kapitalinvestitionen für elektrische Geräte überschätzt.
Eine Unterschätzung der Leistung führt unweigerlich dazu, dass der Motor überhitzt und schnell ausfällt.
Je stärker der Motor belastet wird, desto mehr Wärme wird im Auto erzeugt, das heißt, desto höher ist die Temperatur, bei der es sich einpendelt thermisches Gleichgewicht.
Bei der Konstruktion elektrischer Maschinen ist die Isolierung der Wicklungen das temperaturempfindlichste Element, das die Belastbarkeit der Maschine bestimmt.
Alle Energieverluste im Motor – in seinen Wicklungen („Kupferverluste“), in Magnetkreisen („Stahlverluste“), bei der Reibung rotierender Teile gegen Luft und in Lagern, bei der Belüftung („mechanische Verluste“) werden in Wärme umgewandelt .
Nach aktuellen Normen sollte die Erwärmungstemperatur der üblicherweise für Wicklungen elektrischer Maschinen verwendeten Isolierstoffe (Isolierstoffe der Klasse A) 95 °C nicht überschreiten. Bei dieser Temperatur kann der Motor etwa 20 Jahre lang zuverlässig arbeiten.
Jeder Temperaturanstieg über 95 °C führt zu einem beschleunigten Verschleiß der Isolierung. So verringert sich bei einer Temperatur von 110 °C die Lebensdauer auf 5 Jahre, bei einer Temperatur von 145 °C (was durch eine Erhöhung der Stromstärke gegenüber dem Nennwert um nur 25 % erreicht werden kann) verringert sich die Isolierung 1,5 Monate lang zerstört werden und bei einer Temperatur von 225 °C (was einer Erhöhung der Stromstärke um 50 % entspricht) wird die Isolierung der Spule innerhalb von 3 Stunden unbrauchbar.
Was bestimmt die Lebensdauer von Elektromotoren?
Die Wahl des Motors hinsichtlich der Leistung erfolgt in Abhängigkeit von der Art der durch den Antriebsmechanismus erzeugten Belastung. Bei gleichmäßiger Belastung, was beim Antrieb von Pumpen, Lüftern der Fall ist, wird der Motor mit einer der Belastung entsprechenden Nennleistung aufgenommen.
Allerdings ist der Motorlastplan viel häufiger ungleichmäßig: Lastzunahmen und -abfälle wechseln sich ab, bis hin zum Leerlauf. In diesen Fällen wird der Motor mit einer Nennleistung ausgewählt, die unter der Maximallast liegt, da der Motor in Zeiten reduzierter Last (oder Bremsung) abkühlt.
Es wurden Methoden entwickelt, um die Motorleistung entsprechend ihrem Lastplan auszuwählen, d. h. mit der Betriebsart des Antriebsmechanismus. Diese werden in speziellen Leitfäden erläutert.
Auswahl von Elektromotoren für Geräte mit unterschiedlichen Belastungsarten und Betriebsarten