Les éléments de base requis pour la sélection du moteur incluent le type de charge entraînée, la puissance nominale, la tension nominale, la vitesse nominale et d'autres conditions.
1. Le type de charge entraînée
Cela doit être dit à son tour à partir des caractéristiques du moteur. Les moteurs peuvent être simplement divisés en moteurs à courant continu et moteurs à courant alternatif, et les moteurs à courant alternatif sont ensuite divisés en moteurs synchrones et moteurs asynchrones.
1.1 Moteur à courant continu
L’avantage d’un moteur à courant continu est qu’il peut facilement ajuster la vitesse en modifiant la tension et qu’il peut fournir un couple plus important. Il convient aux charges qui doivent ajuster fréquemment la vitesse, comme les laminoirs dans les aciéries, les palans dans les mines, etc. Mais maintenant, avec le développement de la technologie de conversion de fréquence, les moteurs à courant alternatif peuvent également ajuster la vitesse en changeant la fréquence. Cependant, même si le prix du moteur de conversion de fréquence n'est pas beaucoup plus cher que celui du moteur ordinaire, le prix du convertisseur de fréquence occupe la majeure partie de l'ensemble des équipements, donc un autre avantage du moteur à courant continu est qu'il est bon marché.
L’inconvénient des moteurs à courant continu est leur structure complexe. Tant que tout équipement aura une structure complexe, cela entraînera inévitablement une augmentation du taux de défaillance. Par rapport aux moteurs à courant alternatif, les moteurs à courant continu ont des enroulements plus complexes (enroulements d'excitation, enroulements de pôle de commutation, enroulements de compensation et enroulements d'induit), et des bagues collectrices, des balais et des collecteurs sont également ajoutés. Non seulement les exigences en matière de qualité de fabrication du fabricant sont élevées, mais le coût de maintenance ultérieur est également relativement élevé. Par conséquent, dans les applications industrielles, les moteurs à courant continu se trouvent dans une situation embarrassante où ils déclinent progressivement mais restent utiles dans la phase de transition. Si l'utilisateur dispose de fonds suffisants, il est recommandé de choisir la solution d'un moteur à courant alternatif avec convertisseur de fréquence. Après tout, l’utilisation d’un convertisseur de fréquence peut également apporter de nombreux avantages.
1.2. Moteur asynchrone
Les avantages des moteurs asynchrones sont une structure simple, des performances stables, une maintenance pratique et un prix bas. Et le processus de fabrication est aussi le plus simple. J'ai entendu un jour un vieux technicien dans l'atelier dire que les heures de travail nécessaires pour assembler un moteur à courant continu peuvent réaliser deux moteurs synchrones ou quatre moteurs asynchrones de puissance similaire, ce qui est évident. Les moteurs asynchrones sont donc les plus utilisés dans l’industrie.
Les moteurs asynchrones sont divisés en moteurs à cage d'écureuil et moteurs bobinés, la différence réside dans le rotor. Les rotors des moteurs à cage d'écureuil sont constitués de bandes métalliques, en cuivre ou en aluminium. Le prix de l'aluminium est relativement bas et mon pays est un grand pays de mines d'aluminium, il est donc largement utilisé dans les occasions où les exigences sont faibles. Cependant, les propriétés mécaniques et la conductivité électrique du cuivre sont meilleures que celles de l’aluminium. La plupart des rotors avec lesquels j'ai été en contact sont des rotors en cuivre. Une fois que le moteur à cage d'écureuil a résolu le problème technologique des rangées brisées, sa fiabilité dépasse de loin celle d'un moteur à rotor bobiné. L'inconvénient est que le rotor métallique coupe la ligne d'induction magnétique dans le champ magnétique du stator rotatif pour obtenir un faible couple, et le courant de démarrage est important, ce qui est difficile pour les charges nécessitant un couple de démarrage important. Bien que davantage de couple puisse être obtenu en augmentant la longueur du noyau du moteur, la résistance est très limitée. Lorsque le moteur bobiné démarre, la bague collectrice est utilisée pour alimenter l'enroulement du rotor afin de former un champ magnétique du rotor, qui se déplace par rapport au champ magnétique du stator rotatif, de sorte que le couple est plus grand. Et la résistance à l'eau est connectée en série pour réduire le courant de démarrage pendant le processus de démarrage, et la résistance à l'eau est contrôlée par un dispositif de contrôle électronique mature pour modifier la valeur de résistance avec le processus de démarrage. Il convient aux charges telles que les laminoirs et les palans. Par rapport au moteur à cage d'écureuil, le moteur asynchrone bobiné a ajouté des bagues collectrices et des résistances à l'eau, de sorte que le prix global de l'équipement a augmenté dans une certaine mesure. Par rapport aux moteurs à courant continu, la plage de vitesse est plus étroite et le couple est relativement faible, et la valeur correspondante est également inférieure.
Cependant, étant donné que le moteur asynchrone alimente l'enroulement du stator pour établir un champ magnétique tournant et que l'enroulement est un élément inductif qui n'effectue pas de travail, il doit absorber la puissance réactive du réseau, ce qui a un impact important sur le réseau. Découvrez intuitivement que lorsque des appareils inductifs de haute puissance sont connectés au réseau électrique, la tension du réseau électrique chutera et la luminosité des lumières diminuera immédiatement. Par conséquent, le bureau de l’alimentation électrique limitera l’utilisation de moteurs asynchrones, ce que de nombreuses usines doivent également prendre en compte. Certains grands consommateurs d'énergie, tels que les aciéries et les alumineries, choisissent de construire leurs propres centrales électriques pour former leur propre réseau électrique indépendant afin de réduire les restrictions sur l'utilisation de moteurs asynchrones. Par conséquent, si le moteur asynchrone doit être utilisé pour des charges de forte puissance, il doit être équipé d'un dispositif de compensation de puissance réactive, tandis que le moteur synchrone peut fournir de la puissance réactive au réseau via le dispositif d'excitation. Plus la puissance est grande, plus les avantages des moteurs synchrones sont évidents, créant ainsi l'étape des moteurs synchrones.
1.3. Moteur synchrone
Les avantages des moteurs synchrones incluent la compensation de puissance réactive dans l'état surexcité, et 1) la vitesse des moteurs synchrones respecte strictement n=60f/p, ce qui permet de contrôler avec précision la vitesse ; 2) stabilité de fonctionnement élevée. Lorsque la tension du réseau chute soudainement, son système d'excitation forcera généralement l'excitation pour assurer le fonctionnement stable du moteur, tandis que le couple du moteur asynchrone (proportionnel au carré de la tension) diminuera considérablement ; 3) La capacité de surcharge est supérieure à celle du moteur asynchrone correspondant ; 4) L'efficacité de fonctionnement est élevée, en particulier pour les moteurs synchrones à basse vitesse.
Les moteurs synchrones ne peuvent pas être démarrés directement et nécessitent un démarrage asynchrone ou à fréquence variable. Le démarrage asynchrone signifie que le moteur synchrone est équipé d'un enroulement de démarrage similaire à l'enroulement en cage du moteur asynchrone sur le rotor, et qu'une résistance supplémentaire environ 10 fois la valeur de résistance de l'enroulement d'excitation est connectée en série dans le circuit d'excitation pour former un circuit fermé, et le stator du moteur synchrone est directement connecté au réseau électrique, de sorte qu'il démarre comme un moteur asynchrone, et lorsque la vitesse atteint la vitesse sous-synchrone (95%), la méthode de démarrage de coupure du résistance supplémentaire; le démarrage de la conversion de fréquence ne sera pas répété. Ainsi, l’un des inconvénients des moteurs synchrones est la nécessité d’ajouter des équipements supplémentaires pour le démarrage.
Un moteur synchrone fonctionne grâce au courant d'excitation. S'il n'y a pas d'excitation, le moteur est asynchrone. L'excitation est un système DC appliqué au rotor. Sa vitesse de rotation et sa polarité sont cohérentes avec celles du stator. S'il y a un problème avec l'excitation, le moteur perdra son pas et ne pourra pas être réglé. Cela déclenchera le déclenchement du moteur de protection « défaillance d'excitation ». Par conséquent, le deuxième inconvénient du moteur synchrone est la nécessité d’augmenter le dispositif d’excitation, qui était autrefois directement alimenté par la machine à courant continu, mais qui est désormais principalement alimenté par le redresseur à thyristors. Comme le dit le vieil adage, plus la structure est complexe et plus il y a d’équipements, plus il y a de points de défaillance et plus le taux de défaillance est élevé.
Selon les caractéristiques de performance des moteurs synchrones, leurs applications concernent principalement des charges telles que des palans, des broyeurs, des ventilateurs, des compresseurs, des laminoirs et des pompes à eau.
Pour résumer, le principe de sélection d'un moteur est de choisir un moteur avec une structure simple, un prix bas, un fonctionnement fiable et une maintenance pratique en partant du principe que les performances du moteur répondent aux exigences des machines de production. À cet égard, les moteurs à courant alternatif sont supérieurs aux moteurs à courant continu, les moteurs asynchrones à courant alternatif sont supérieurs aux moteurs synchrones à courant alternatif et les moteurs asynchrones à cage d'écureuil sont supérieurs aux moteurs asynchrones bobinés.
Pour les machines de production avec une charge stable et sans exigences particulières en matière de démarrage et de freinage, le fonctionnement continu des machines de production doit de préférence utiliser des moteurs asynchrones à cage d'écureuil ordinaires, largement utilisés dans les machines, les pompes à eau, les ventilateurs, etc.
Les moteurs asynchrones de type bobiné doivent être utilisés pour les machines de production qui démarrent et freinent fréquemment et nécessitent des couples de démarrage et de freinage relativement importants, telles que les ponts roulants, les treuils de mine, les compresseurs d'air et les laminoirs irréversibles.
Les moteurs synchrones doivent être utilisés dans les cas où il n'y a pas d'exigence de régulation de vitesse, où une vitesse constante est requise ou où une amélioration du facteur de puissance est requise, comme les pompes à eau de moyenne et grande capacité, les compresseurs d'air, les palans, les moulins, etc.
La plage de régulation de vitesse doit être supérieure à 1:3, et les machines de production qui nécessitent une régulation de vitesse continue, stable et fluide doivent utiliser des moteurs à courant continu à excitation séparée ou des moteurs asynchrones à cage d'écureuil ou des moteurs synchrones avec régulation de vitesse par conversion de fréquence, tels que machines-outils de grande précision, raboteuses à portique, laminoirs, ascenseurs, etc.
Pour les machines de production qui nécessitent un couple de démarrage important et des caractéristiques mécaniques douces, utilisez des moteurs à courant continu à excitation composée ou en série, tels que les tramways, les locomotives électriques et les grues lourdes.
2. Puissance nominale
La puissance nominale du moteur fait référence à la puissance de sortie, c'est-à-dire à la puissance à l'arbre, également appelée capacité, qui est le paramètre symbolique du moteur. Il s'agit de l'indice le plus important pour quantifier la capacité du moteur à entraîner la charge, et c'est également un paramètre requis qui doit être fourni lors de la sélection du moteur.
Le principe d'une sélection correcte de la capacité du moteur est de déterminer la puissance du moteur de la manière la plus économique et la plus raisonnable en partant du principe que le moteur est capable de produire des exigences de charge mécanique. Si la puissance est sélectionnée trop grande, l'investissement en équipement augmentera, entraînant un gaspillage, et le moteur est souvent sous-chargé, et l'efficacité et le facteur de puissance du moteur à courant alternatif sont faibles ; au contraire, si la puissance est sélectionnée trop faible, le moteur sera surchargé, provoquant des dommages prématurés au moteur.
Trois facteurs déterminent la puissance principale du moteur :
1) L’échauffement et l’augmentation de la température du moteur, qui sont le facteur le plus important déterminant la puissance du moteur ;
2) Autoriser la capacité de surcharge de courte durée ;
3) Pour les moteurs asynchrones à cage d'écureuil, la capacité de démarrage doit également être prise en compte.
Tout d'abord, les machines de production spécifiques calculent et sélectionnent la puissance de charge en fonction de la production de chaleur, de l'augmentation de la température et des exigences de charge, puis présélectionnent la puissance nominale du moteur en fonction des exigences de puissance de charge, de service et de surcharge. Une fois la puissance nominale du moteur présélectionnée, il est nécessaire de vérifier la génération de chaleur, la capacité de surcharge et la capacité de démarrage si nécessaire. Si l'un d'entre eux n'est pas qualifié, le moteur doit être resélectionné et vérifié à nouveau jusqu'à ce que tous les éléments soient qualifiés. Par conséquent, le système de travail fait également partie des exigences à fournir. S'il n'y a aucune exigence, il sera traité par défaut selon le système de travail S1 le plus conventionnel ; les moteurs soumis à des exigences de surcharge doivent également fournir des multiples de surcharge et une durée de fonctionnement correspondante ; les moteurs asynchrones à cage d'écureuil entraînent des ventilateurs et autres grandes rotations. Pour les charges inertielles, il est également nécessaire de fournir le moment d'inertie de la charge et le graphique du couple de résistance de démarrage pour vérifier la capacité de démarrage.
La sélection ci-dessus de la puissance nominale est effectuée en partant du principe que la température ambiante standard est de 40°C. Si la température ambiante du moteur change, la puissance nominale du moteur doit être corrigée. Selon le calcul théorique et la pratique, lorsque la température ambiante est différente, la puissance du moteur peut être grossièrement augmentée ou diminuée selon le tableau ci-dessous.
Par conséquent, les zones au climat rigoureux doivent également fournir une température ambiante. Par exemple, en Inde, la température ambiante doit être calibrée à 50°C. De plus, l’altitude élevée affectera également la puissance du moteur. Plus l'altitude est élevée, plus l'échauffement du moteur est important et plus la puissance de sortie est faible. Et les moteurs utilisés à haute altitude doivent également tenir compte de l’influence du phénomène corona.
3. Tension nominale
La tension nominale du moteur fait référence à la tension de ligne dans le mode de fonctionnement nominal.
Le choix de la tension nominale du moteur dépend de la tension d'alimentation du système électrique de l'entreprise et de la taille de la capacité du moteur.
La sélection du niveau de tension du moteur à courant alternatif est principalement déterminée par le niveau de tension d'alimentation du lieu d'utilisation. Généralement, le réseau basse tension est de 380 V, donc la tension nominale est de 380 V (connexion Y ou △), 220/380 V (connexion △/Y) et 380/660 V (connexion △/Y). Lorsque la puissance du moteur basse tension est augmentée jusqu'à un certain niveau (comme 300 kW/380 V), le courant est limité par la capacité portante du fil, il est donc difficile de l'agrandir ou le coût est trop élevé. . Il est nécessaire d’obtenir une puissance élevée en augmentant la tension. La tension d'alimentation du réseau haute tension est généralement de 6000 10000 V ou 3300 6600 V, et il existe également des niveaux de tension de 11000 XNUMX V, XNUMX XNUMX V et XNUMX XNUMX V dans les pays étrangers. Les avantages des moteurs haute tension sont une puissance élevée et une forte résistance aux chocs ; les inconvénients sont une grande inertie et des difficultés de démarrage et de freinage.
La tension nominale du moteur à courant continu doit également correspondre à la tension d'alimentation. Généralement 110V, 220V et 440V. Parmi eux, 220 V est le niveau de tension commun et le moteur haute puissance peut être augmenté jusqu'à 600-1000 380 V. Lorsque l'alimentation CA est de 440 V et qu'un circuit redresseur à thyristor en pont triphasé est utilisé pour l'alimentation, la tension nominale du moteur CC doit être de 220 V. Lorsqu'une alimentation triphasée à redresseur à thyristors demi-onde est utilisée pour l'alimentation, la tension nominale du moteur à courant continu doit être de XNUMX V.
4. Vitesse nominale
La vitesse nominale du moteur fait référence à la vitesse en mode de fonctionnement nominal.
Le moteur et les machines entraînées par celui-ci ont leur propre vitesse nominale. Lors de la sélection de la vitesse du moteur, il convient de noter que la vitesse ne doit pas être sélectionnée trop basse, car plus la vitesse nominale du moteur est faible, plus il y a de pôles, plus le volume est grand et plus le prix est élevé ; dans le même temps, la vitesse du moteur ne doit pas être sélectionnée trop élevée, car cela rendrait le mécanisme d'entraînement trop complexe et difficile à entretenir.
De plus, lorsque la puissance est constante, le couple moteur est inversement proportionnel à la vitesse.
Par conséquent, ceux qui n'ont pas d'exigences élevées en matière de démarrage et de freinage peuvent faire une comparaison complète avec plusieurs vitesses nominales différentes en termes d'investissement initial en équipement, d'espace au sol et de coûts de maintenance, et finalement déterminer la vitesse nominale ; Cependant, si la durée du processus de transition a peu d'effet sur la productivité, outre la prise en compte de l'investissement initial, le rapport de vitesse et la vitesse nominale du moteur sont principalement sélectionnés à condition que la perte du processus de transition soit minime. . Par exemple, le moteur du palan nécessite des rotations fréquentes en avant et en arrière et un couple important, mais la vitesse est très faible. Le moteur est encombrant et coûteux.
Lorsque la vitesse du moteur est élevée, la vitesse critique du moteur doit également être prise en compte. Le rotor du moteur vibrera pendant le fonctionnement. L'amplitude du rotor augmente avec l'augmentation de la vitesse. Diminuant progressivement et se stabilisant dans une certaine plage, la vitesse à laquelle l'amplitude du rotor est la plus grande est appelée vitesse critique du rotor. Cette vitesse de rotation est égale à la fréquence propre du rotor. Lorsque la vitesse continue d'augmenter, l'amplitude augmentera à nouveau lorsqu'elle sera proche de 2 fois la fréquence naturelle. Lorsque la vitesse est égale à 2 fois la fréquence propre, on parle de vitesse critique du deuxième ordre, et par analogie, il existe des vitesses critiques du troisième et du quatrième ordre. Si le rotor tourne à une vitesse critique, il vibrera violemment et la courbure de l'arbre augmentera considérablement. Un fonctionnement à long terme entraînera également une grave déformation par flexion de l'arbre, voire sa rupture. La vitesse critique de premier ordre du moteur est généralement supérieure à 1500 2 tr/min, de sorte que les moteurs à basse vitesse conventionnels ne prennent généralement pas en compte l'influence de la vitesse critique. À l'inverse, pour un moteur à grande vitesse bipolaire avec une vitesse nominale proche de 3000 XNUMX tr/min, cet effet doit être pris en compte et le moteur ne doit pas être utilisé dans la plage de vitesse critique pendant une longue période.
D'une manière générale, le moteur peut être déterminé grossièrement en fournissant le type de charge entraînée, la puissance nominale, la tension nominale et la vitesse nominale du moteur. Mais ces paramètres de base ne suffisent pas pour répondre de manière optimale aux exigences de charge. Les paramètres à fournir comprennent la fréquence, le système de fonctionnement, les exigences de surcharge, le niveau d'isolation, le niveau de protection, le moment d'inertie, la courbe de moment de résistance de charge, la méthode d'installation, la température ambiante, l'altitude, les exigences extérieures, etc., en fonction des conditions spécifiques. .
