Двигатель с короткозамкнутым ротором или двигатель с фазным ротором: что лучше для промышленного применения?

Выбор между этими двумя конструкциями асинхронных двигателей в основном зависит от условий пуска, инерции нагрузки, требований к регулированию скорости, возможностей технического обслуживания и стоимости проекта. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором подходят для большинства типов промышленного оборудования, в то время как двигатели с обмоточным ротором остаются ценными для некоторых применений с высокими требованиями к пуску.

Поэтому решение о выборе между асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и двигателем с контактными кольцами должно основываться на полном профиле нагрузки, а не только на номинальной мощности. Компания DAYOU MOTOR поставляет промышленные двигатели для насосов, вентиляторов, компрессоров, конвейеров, дробилок, мельниц и оборудования OEM-производителей.

Основное различие заключается в конструкции ротора.

Понимание выбора между асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и двигателем с контактными кольцами начинается с ротора.

Ротор с обмоточным ротором содержит алюминиевые или медные стержни, постоянно закороченные торцевыми кольцами. В нем отсутствуют щетки и внешние электрические соединения, что обеспечивает двигателю простую и надежную конструкцию.

Двигатель с обмоточным ротором, также называемый асинхронным двигателем с контактными кольцами, имеет изолированные трехфазные обмотки в роторе. Эти обмотки соединяются с внешними резисторами или пусковым оборудованием через контактные кольца и щетки.

Внешнее сопротивление ротора позволяет регулировать пусковой момент и ток во время разгона. После достижения двигателем рабочей скорости сопротивление обычно уменьшается или отключается в зависимости от конструкции пускового устройства.

Наибольшие различия в производительности наблюдаются во время запуска.

Сравнительный анализ двигателей с короткозамкнутым ротором и двигателей с фазным ротором (с контактными кольцами) показывает, что основные различия проявляются при пуске, работе на низких скоростях и техническом обслуживании.

В двигателе с короткозамкнутым ротором используются токопроводящие стержни и торцевые кольца. Пусковой момент у моделей общепромышленного назначения умеренный, тогда как пусковой ток при прямом подключении к сети может быть высоким. Регулирование скорости осуществляется эффективно при использовании преобразователя частоты. Отсутствие щеточного узла обеспечивает высокую надежность, простоту обслуживания и, как правило, более низкие затраты на приобретение и эксплуатацию. Типичные области применения — насосы, вентиляторы, компрессоры и общепромышленное оборудование.

В двигателях с фазным ротором используется трехфазная обмотка ротора. Такие двигатели способны обеспечивать высокий и регулируемый пусковой момент, а использование внешних резисторов в цепи ротора позволяет ограничить пусковой ток. Регулирование скорости путем изменения сопротивления в цепи ротора возможно, но менее эффективно, так как избыточная энергия скольжения преобразуется в тепло. Конструкция требует регулярного осмотра щеток, контактных колец, резисторов и сопутствующих компонентов, поэтому начальные затраты и стоимость владения обычно выше. Типичные области применения включают мельницы, дробилки, подъемные механизмы и оборудование с высоким моментом инерции.

Существуют также конструкции с короткозамкнутым ротором, обеспечивающие высокий пусковой момент, поэтому пусковые характеристики следует оценивать на основе фактической зависимости момента от тока, а не судить о них исключительно по типу ротора.

Двигатели с короткозамкнутым ротором подходят для большинства видов общепромышленного оборудования.

Такой двигатель, как правило, является предпочтительным выбором, если оборудование работает в непрерывном режиме, запускается при умеренной нагрузке или использует частотно-регулируемый привод (ЧРП) для разгона и регулирования скорости.

Простая конструкция ротора обеспечивает ряд преимуществ:

  • Отсутствие щеток и контактных колец
  • Низкие затраты на плановое техническое обслуживание
  • Прочная механическая конструкция
  • Высокая надежность при непрерывной работе
  • Широкая доступность
  • Конкурентоспособная стоимость покупки
  • Эффективное управление скоростью с помощью частотно-регулируемого привода
  • Упрощенная установка и обслуживание

Поставщик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором из Китая для европейских производителей насосов должен перед тем, как рекомендовать модель, изучить характеристики насоса, рабочую точку, режим работы, напряжение, КПД, условия монтажа и диапазон частотно-регулируемого привода.

Электродвигатели с контактными кольцами широко используются в насосах, вентиляторах, воздуходувках, компрессорах, станках, системах отопления, вентиляции и кондиционирования, миксерах и обычных конвейерах. Они также, как правило, лучше подходят для работы в пыльных, влажных, коррозионных или необслуживаемых помещениях, поскольку ротор не имеет щеточно-кольцевого узла.

Конструкции с контактными кольцами обеспечивают пуск в сложных условиях.

Электродвигатель с контактными кольцами может быть более подходящим, когда приводимое в движение оборудование имеет очень высокую инерцию, запускается при полной нагрузке или требует большого крутящего момента без чрезмерного тока в сети.

Типичные области применения включают:

  • Шаровые мельницы
  • Дробилки
  • Шахтные подъемные машины
  • Крупногабаритные краны
  • Цементные мельницы
  • Нагруженные конвейеры
  • Крупные вентиляторы с высоким моментом инерции
  • Тяжелое оборудование с возвратно-поступательным движением

Для горнодобывающего оборудования в Африке может быть выбран двигатель с контактными кольцами, подходящий для случаев, когда дробилки, подъемники или мельницы должны разгонять большие нагрузки, а электропитание не выдерживает высоких пусковых токов.

Двигатель с обмоточным ротором для цементных заводов на Ближнем Востоке также может быть практичным вариантом, если на площадке уже используются пусковые устройства с жидкостным сопротивлением или другая отработанная система ротор-сопротивление.

Двигатель, пусковое устройство, резистор, кабели и последовательность управления должны рассматриваться как единая система. Неправильные шаги сопротивления или время разгона могут привести к перегреву, низкому крутящему моменту, чрезмерному износу щеток или длительным периодам запуска.

Частотно-регулируемый привод (ЧРП) меняет современный процесс выбора.

Для большинства новых проектов выбор между асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и двигателем с контактными кольцами должен включать техническое и коммерческое сравнение с двигателем с короткозамкнутым ротором, приводимым в действие частотным преобразователем.

Частотно-регулируемый привод может обеспечить:

  • Контролируемый пусковой ток
  • Плавное ускорение
  • Регулируемый пусковой момент
  • Регулирование скорости процесса
  • Снижение механических ударов
  • Экономия энергии при работе с нагрузками с переменным крутящим моментом
  • Программируемое ускорение и замедление

Асинхронный двигатель с частотно-регулируемым приводом (ЧРП) для конвейеров в Юго-Восточной Азии часто может справляться с частыми пусками и изменяющимися скоростями производства без использования щеток, контактных колец или внешних резисторов ротора.

Однако добавление ЧРП не решает автоматически все проблемы с пуском. Привод должен обеспечивать требуемый ток и крутящий момент на протяжении всего ускорения, а двигатель должен быть проверен на охлаждение на низких скоростях, напряжение изоляции, токи в подшипниках, длину кабеля и максимальную скорость.

Для нагрузок с чрезвычайно высоким моментом инерции требуемые преобразователь частоты и электродвигатель могут оказаться громоздкими или дорогостоящими. Система с двигателем с фазным ротором может оставаться конкурентоспособной, если существующее оборудование, система электроснабжения и организация технического обслуживания уже изначально рассчитаны на ее использование.

Регулирование скорости изменением сопротивления в цепи ротора имеет ограничения по эффективности.

Внешнее сопротивление может снизить рабочую скорость ротора с обмоткой, но при этом мощность скольжения преобразуется в тепло. Это делает регулирование скорости на основе сопротивления неэффективным при непрерывном использовании.

В современных приложениях, требующих регулярной регулировки скорости, обычно предпочтительнее использовать частотно-регулируемый привод (ЧРП). Сопротивление ротора чаще используется для улучшения пуска или поддержки существующих установок, где замена всей системы привода нецелесообразна.

Если предприятию требуется непрерывная работа на низких скоростях, перед выбором метода привода следует сравнить энергопотребление, тепловыделение резистора, вентиляцию, точность управления и требования к техническому обслуживанию.

Условия технического обслуживания могут определить лучший вариант.

Сравнение стоимости двигателя с короткозамкнутым ротором и двигателя с контактными кольцами должно включать затраты на техническое обслуживание, запасные части, время простоя производства и потери энергии.

Для двигателей с короткозамкнутым ротором, как правило, достаточно стандартных проверок подшипников, системы охлаждения, изоляции и центровки. Модели с фазным ротором требуют дополнительного внимания к следующим элементам:

  • Износ щеток
  • Нажатие щеток
  • Состояние поверхности контактных колец
  • Угольная пыль
  • Соединения ротора
  • Пусковые резисторы
  • Механизмы подъема щеток или закорачивания колец
  • Вентиляция зоны контактных колец

Плохой контакт щеток может привести к искрению, локальному перегреву, нестабильному току и повреждению контактных колец. В пыльной или опасной среде также могут потребоваться специальные корпуса, процедуры очистки и меры защиты.

Производитель промышленных двигателей в Китае для проектов в Южной Америке должен обсудить доступ к щеткам, контактным кольцам, резисторам и технической поддержке до утверждения оборудования.

Мощность и крутящий момент по-прежнему требуют проведения полных расчетов.

Независимо от выбранной конструкции ротора, номинальная мощность — это лишь отправная точка. Заказчикам следует предоставить:

  • Характеристика зависимости момента от частоты вращения при нагрузке
  • Максимальная и номинальная нагрузка
  • Суммарный момент инерции системы
  • Требуемое время разгона
  • Число пусков в час
  • Частота вращения и число полюсов двигателя
  • Напряжение, частота и допустимое падение напряжения
  • Передаточное отношение и КПД трансмиссии
  • Способ пуска и управления
  • Температура окружающей среды и высота над уровнем моря
  • Монтажные размеры и размеры вала
  • Степень защиты (IP) и режим работы

Частые пуски также создают тепловую нагрузку. Двигатель может обеспечивать достаточный крутящий момент для одного запуска, но перегреваться, если этот процесс повторяется слишком часто.

Часто задаваемые вопросы

Какая конструкция надежнее?

Конструкция с короткозамкнутым ротором, как правило, надежнее, поскольку в ней отсутствуют щетки и контактные кольца. В случае с двигателем с фазным ротором (ротором с обмоткой) критически важным становится качество технического обслуживания.

Какой двигатель обеспечивает более высокий пусковой момент?

Двигатель с фазным ротором позволяет получить высокий и регулируемый пусковой момент за счет использования внешних резисторов. Двигатель с короткозамкнутым ротором также способен обеспечить высокий пусковой момент, если его ротор и система управления рассчитаны на соответствующую нагрузку.

Может ли преобразователь частоты (ПЧ) заменить систему контактных колец?

Во многих случаях — да, однако замену необходимо проверять на соответствие ограничениям по крутящему моменту, току, инерции, времени разгона, охлаждению и параметрам электропитания. Это не всегда прямая замена, подходящая для любого проекта.

Какая конструкция лучше подходит для насосов и вентиляторов?

Обычно предпочтение отдается двигателям с короткозамкнутым ротором, так как для насосов и вентиляторов важны простота конструкции, минимальные затраты на техническое обслуживание и возможность эффективного регулирования скорости с помощью частотно-регулируемого привода (ЧРП).

Какая конструкция подходит для шаровых мельниц и дробилок?

Возможны оба варианта. Двигатели с фазным ротором остаются актуальными для случаев с очень высокой инерцией или тяжелыми условиями пуска, однако следует также рассмотреть современные системы с короткозамкнутым ротором и частотно-регулируемым приводом.

Выбор зависит от условий пуска.

Выбор между асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и двигателем с контактными кольцами для многих проектов довольно прост: для общего промышленного применения, низких затрат на техническое обслуживание и эффективного регулирования скорости следует выбирать двигатель с короткозамкнутым ротором, а для исключительно сложных пусков или существующих систем на основе сопротивления — двигатель с обмоточным ротором.

Компания DAYOU MOTOR поставляет асинхронные двигатели с короткозамкнутым и обмоточным ротором различной мощности, напряжения, скорости вращения, вариантов монтажа, уровней защиты и пусковых характеристик. Полные данные о нагрузке, инерции, пуске и условиях окружающей среды позволяют подобрать двигатель и систему управления в комплексе.