Двигатель с последовательным полюсом имеет две скорости: типы обмоток, конструкция сердечника, выбор.

Два двигателя вентилятора мощностью 22 кВт, одинаковый размер корпуса, один и тот же производитель, одинаковый рабочий цикл: на одной паспортной табличке указано 1800 об/мин, на другой — 1800/900 об/мин. Второй представляет собой однообмоточную машину с последовательными полюсами, и все различия между ними находятся внутри пакета пластин статора и клеммной коробки.

Когда кто-то спрашивает, что имеет двигатель с последовательным полюсом, ответ начинается с двух скоростей одной обмотки, примерно половины групп катушек сопоставимой обычной обмотки и набора размотанных полюсов, которые несут поток без меди. Менее комфортная половина ответа — это сплющенная форма волны потока в воздушном зазоре, большие потери гармоник в активной зоне и меньшее охлаждение на низкой скорости. Эти три пункта определяются как поставщиком ламината, так и разработчиком двигателя.

Короткий ответ в простых цифрах

Двигатель с последовательным полюсом имеет следующие характеристики, и каждая из них напрямую влияет на сердечники статора и ротора, которые покупатель должен указать.

Для группы закупщиков или инженеров, определяющих сердечники, наибольшее значение имеют намотанные полюса и форма волны магнитного потока. Статор с последовательным полюсом не является стандартным четырехполюсным статором с другой паспортной табличкой; его зубья и вилки приводятся в движение низкоскоростным соединением.

Как одна обмотка дает два числа полюсов

Обычная трехфазная четырехполюсная концентрическая обмотка требует двенадцати групп катушек: четыре полюса, умноженные на три фазы. В последовательной полюсной обмотке того же статора используется шесть. Каждая группа соединена так, что поток, выходящий из полюса обмотки, возвращается через полюс, не несущий собственной катушки. Поскольку на размотанный полюс питается тот же железный путь, он принимает полярность, противоположную своим соседям, и работает точно так же, как намотанный полюс противоположного знака.

Подключите эту обмотку в одну сторону, и машина будет работать как четырехполюсная. Подключите его снова, и та же медь будет вести себя как восемь эффективных полюсов. Синхронная скорость соответствует количеству полюсов, поэтому машина с частотой 60 Гц дает 1800 и 900 об/мин. При проскальзывании нагруженный двигатель с короткозамкнутым ротором обычно стабилизируется на оборотах около 1750 и 875 об/мин.

Асинхронные машины переменного тока, построенные по этому принципу, основаны на наборе сердечников статора и ротора, размеры которого уже рассчитаны для обоих соединений, что является точкой, в которой совпадают выбор компонентов и конструкция двигателя.

Статор двигателя переменного тока и сердечник ротора в сборе Высокоточные компоновочные сердечники статора и ротора для двигателей переменного тока, актуальные при сравнении обычных и последовательных схем расположения полюсов в одном и том же корпусе. Посмотреть продукт →

Последовательный полюс и обычная обмотка

Приведенное ниже сравнение проведено для одного и того же корпуса статора с частотой 60 Гц, работающего либо как обычный четырехполюсный односкоростной двигатель, либо с последовательной однополюсной обмоткой.

Метрики, которые появляются только после первого прототипа

В обзорах конструкции обычно основное внимание уделяется номинальной скорости и крутящему моменту. В приведенной ниже таблице сравнивается тот же корпус статора при последовательном подключении полюсов с обычным четырехполюсным соединением, индекс которого для обычного случая равен 100. Это типичные наблюдения прототипа и испытательного стенда, а не одно значение таблицы данных, поэтому рассматривайте их как диапазоны.

Две высокие полосы — это те, которые генерируют работу по редизайну. Вибрация и шум возрастают, потому что размотанный полюс меняет распределение силы вокруг воздушного зазора, а потери на гармониках в сердечнике растут, потому что форма волны магнитного потока больше не близка к синусоидальной. Оба эффекта подталкивают проектировщиков к более тонким пластинам, маркам кремнистой стали с меньшими потерями, блокированным, а не сварным пакетам и во многих случаях перекошенному ротору. Для более детального рассмотрения того, как метод суммирования влияет на потери в сердечнике, это сравнение ламинированные жилы интерлок охватывает практические компромиссы.

Где на самом деле работают последовательные полюсные машины

Двухскоростной режим работы окупается везде, где часть дня нагрузка работает с полной нагрузкой, а в остальное время — с частичной нагрузкой. Распределение ниже отражает сочетание применений, наблюдаемое в сфере промышленных вентиляторов, насосов и компрессоров.

Общей нитью является нагрузка по квадратичному закону. Мощность вентилятора и насоса падает примерно пропорционально кубу скорости, поэтому машине, работающей на половинной скорости, требуется около одной восьмой мощности вала на полной скорости. Двигатель с последовательным полюсом обеспечивает часть этой экономии вообще без приводной электроники, поэтому данная конструкция выживает в экономичных и высоконагруженных приложениях, даже несмотря на то, что приводы с регулируемой частотой теперь охватывают большинство других случаев.

Второе значение: роторы с постоянными магнитами с последовательными полюсами

Этот же термин описывает совершенно другую конструкцию со стороны ротора. В машине с постоянными магнитами последовательного полюса установлены или врезаны магниты одной полярности, а железные полюса между ними намагничиваются соседними магнитами в противоположную полярность. Половина полюсов — магниты, другая половина — железо.

Для покупателя последствия носят как коммерческий, так и механический характер.

• Масса магнита существенно падает на пару полюсов, и магниты являются доминирующей статьей затрат в тяговых, серводвигателях и электродвигателях.
• Ротор становится выпуклым, поэтому реактивный момент добавляется к крутящему моменту магнита, а диапазон скоростей при постоянной мощности расширяется, что помогает при работе с ослаблением поля.
• Путь магнитного потока асимметричен, что увеличивает пульсации крутящего момента, несбалансированное магнитное притяжение и потери гармоник ротора.
• Геометрия пластин ротора становится критической: полюсные дуги, барьеры потока и толщина перемычки должны быть согласованы вместе.

Последний пункт — это производственная проблема, а не только проблема моделирования. Пакеты роторов этого типа обычно сблокированы, а не сварены, поскольку сварка приводит к короткому замыканию пластин вдоль пакета и увеличивает потери в сердечнике именно там, где потери на гармоники уже высоки.

Многослойный сердечник Interlock для бессварных блоков двигателей Готовая сборка сердечника двигателя с блокировкой, не требующая сварки и клея, подходит для двухскоростных роторных пакетов, где важны потери при сварке и контроль производства. Посмотреть продукт →

Выбор ядер для двухскоростной машины: осуществимая последовательность действий

1. Сначала исправьте пару скоростей и дежурство. Убедитесь, что низкая скорость является постоянной или используется только для запуска, позиционирования или работы в ночное время. Соотношение 2:1 является стандартным, но возможны и другие соотношения за счет сложности намотки.
2. Подберите магнитную цепь для наихудшего состояния магнитного потока. Зубцы развернутого полюса и ярмо позади них несут концентрированный поток, поэтому проверяйте плотность потока в низкоскоростном соединении, а не только на номинальной высокой скорости.
3. Повторно проверьте охлаждение на низкой скорости. Если вентилятор установлен на валу, запланируйте принудительную вентиляцию, вентилятор большего размера или более низкий класс повышения температуры. В этом решении часто меняется рама и корпус.
4. Выбирайте метод укладки сознательно. Соединение происходит быстро и стабильно по объему; клеевое соединение обеспечивает минимальные потери в сердечнике; Инструменты для лазерной или TIG-сварки быстро выходят из строя, но создают короткие замыкания между слоями, которые приводят к потерям. Двухскоростные машины с высоким содержанием гармоник ощущают это снижение острее, чем односкоростные машины.
5. Прежде чем приступить к работе с твердыми инструментами, проверьте образцы, вырезанные лазером. Образцы пластин позволяют команде измерять ток холостого хода, повышение температуры и шум при реальном соединении.
6. Заблокируйте документацию. Перед первым производственным заказом согласуйте толщину ламинирования, марку кремнистой стали, метод укладки, пределы заусенцев и протоколы проверок.

Поставщик, который контролирует как подачу кремнистой стали, так и готовую стопку, устраняет один из обычных видов отказов, что является веской причиной для пересмотра производственная цепочка перед размещением заказа на двухскоростной сердечник.

Детали обслуживания и соответствия требованиям, которые упускаются из виду

• Идентификация терминала. Последующая обмотка полюса обычно приземляется на шесть выводов. Повторное подключение отремонтированного двигателя к неправильному соединению приводит к тому, что машина работает, но с неправильной скоростью и с чрезмерным током.
• Контакторы и коммутация. Изменение скорости осуществляется механически, а не электронно. Изъязвленные контакты и ослабленные звенья являются распространенными причинами, по которым двигатель отказывается развивать низкую скорость.
• Температура на низкой скорости. Проверьте это после любой перемотки. Если в ремонтной мастерской устанавливают обычный шахтный вентилятор, запас на низких оборотах исчезает.
• Изоляция и пределы превышения температуры. Сверьтесь с IEC 60034-1 или NEMA MG 1 и подтвердите класс изоляции, который фактически использовала ремонтная мастерская, а не класс, указанный на оригинальной паспортной табличке.
• Качество материала после ремонта. В двухскоростном двигателе потери на гармоники делают марку кремнистой стали более влиятельной, чем в односкоростном двигателе, поэтому замена более низкой марки для экономии затрат обычно проявляется в виде тепла.

Что касается поставок, требуйте документированные системы качества, а не сертификаты в брошюре: ISO 9001 в качестве базового уровня, IATF 16949, где двигатель попадает в транспортное средство, ISO 14001 для соответствия экологическим нормам и ISO 3834 для сварных рам, таких как основания машин коробчатого типа. Именно эти документы позволяют контролировать заказ двухскоростной сердцевины от рулона кремнистой стали до готовой стопки, включая сырье, такое как высококачественная неориентированная кремниевая сталь в рулонах, полосах или листах.

Рулон, полоса и лист кремниевой стали Кремниевая сталь с контролируемым качеством в рулонах, полосах и листах для сердечников двигателей и прецизионной штамповки, что важно при выборе материала ламинирования и сопроводительной документации. Посмотреть продукт →

Двигатель с последовательным полюсом имеет две скорости от одной обмотки, шесть групп катушек вместо двенадцати, размотанные полюса, которые несут магнитный поток, но не содержат меди, и форму волны магнитного потока, которая более жесткая для сердечника, чем обычная обмотка. Эти факты оборачиваются затратами и рисками на этапе ламинирования, поскольку марка стали, толщина ламинирования, метод укладки и длина стопки должны выбираться для низкоскоростного соединения, а не только для скорости, указанной на паспортной табличке.