En konsekvent polmotor har to hastigheter: viklingstyper, kjernedesign, utvalg

To 22 kW viftemotorer, samme rammestørrelse, samme produsent, samme driftssyklus: ett navneskilt viser 1800 rpm, det andre viser 1800/900 rpm. Den andre er en enkelt-viklet konsekvent polmaskin, og hver forskjell mellom de to sitter inne i statorlamineringsstabelen og koblingsboksen.

Når noen spør hva en påfølgende polmotor har, starter svaret med to hastigheter fra en vikling, omtrent halvparten av spolegruppene til en sammenlignbar konvensjonell vikling, og et sett med avviklede poler som bærer fluks uten å bære kobber. Den mindre komfortable halvdelen av svaret er en flatet luftgap-fluksbølgeform, mer harmonisk tap i kjernen og mindre kjøling ved lav hastighet. Disse tre elementene bestemmes like mye av lamineringsleverandøren som av motordesigneren.

Det korte svaret, i enkle tall

En påfølgende polmotor har følgende egenskaper, og hver enkelt har en direkte konsekvens for stator- og rotorkjernene en kjøper må spesifisere.

For et innkjøps- eller ingeniørteam som spesifiserer kjerner, betyr de avviklede polene og fluksbølgeformen mest. En konsekvent polstator er ikke en standard firepolet stator med et annet navneskilt; tann- og åkdelene drives av lavhastighetsforbindelsen.

Hvordan en vikling produserer to poltall

En konvensjonell trefaset firepolet konsentrisk vikling trenger tolv spolegrupper: fire poler multiplisert med tre faser. En påfølgende polvikling i samme stator bruker seks. Hver gruppe er koblet sammen slik at fluks som forlater en såret pol returnerer gjennom en pol som ikke bærer noen egen spole. Fordi den avviklede stangen mates av den samme jernbanen, tar den motsatt polaritet til naboene og fungerer nøyaktig som en viklet stang med motsatt fortegn.

Koble den viklingen en vei og maskinen går som fire poler. Koble den til igjen og det samme kobberet oppfører seg som åtte effektive poler. Synkronhastighet følger poltelling, så en 60 Hz maskin gir 1800 rpm og 900 rpm. Med slip legger en lastet ekorn-burmotor seg vanligvis nær 1750 rpm og 875 rpm.

AC-induksjonsmaskiner bygget på dette prinsippet er avhengige av et stator- og rotorkjernesett som allerede er dimensjonert for begge tilkoblingene, som er punktet hvor komponentinnkjøp og motordesign møtes.

AC-motorstator og rotorkjerneenhet Høypresisjon stablede stator- og rotorkjerner for AC-motorer, relevant når man sammenligner konvensjonelle og konvensjonelle polarrangementer i samme ramme. Se produkt →

Følgende pol kontra konvensjonell vikling

Sammenligningen nedenfor er tegnet for den samme 60 Hz statorrammen som kjører enten som en konvensjonell firepolet enkelthastighetsmotor eller med en påfølgende polet enkeltvikling.

Beregningene som bare vises etter den første prototypen

Designanmeldelser har en tendens til å fokusere på nominell hastighet og dreiemoment. Tabellen nedenfor sammenligner den samme statorrammen i den påfølgende polforbindelsen med den konvensjonelle firepolede forbindelsen, indeksert til 100 for det konvensjonelle tilfellet. Dette er typiske prototype- og testbenk-observasjoner i stedet for en enkelt dataarkverdi, så behandle dem som områder.

De to høye stolpene er de som genererer redesignarbeid. Vibrasjon og støy stiger fordi den avviklede polen endrer kraftfordelingen rundt luftgapet, og harmonisk kjernetap øker fordi fluksbølgeformen ikke lenger er nær sinusformet. Begge effektene presser designere mot tynnere lamineringer, silisiumstålkvaliteter med lavere tap, sammenlåste i stedet for sveisede stabler, og i mange tilfeller en skjev rotor. For en nærmere titt på hvordan stablingsmetoden skifter kjernetap, kan denne sammenligningen av interlock laminerte kjerner dekker de praktiske avveiningene.

Hvor påfølgende polmaskiner faktisk kjører

To-trinns drift lønner seg uansett hvor en last kjører med full etterspørsel deler av dagen og med dellast for resten. Fordelingen nedenfor gjenspeiler applikasjonsblandingen sett i industriell vifte, pumpe og kompressorarbeid.

Den røde tråden er en kvadratisk belastning. Vifte- og pumpekraften faller omtrent med turtallet, så en maskin som kjører på halv hastighet trenger omtrent en åttendedel av akselkraften på full hastighet. En påfølgende polmotor fanger opp deler av besparelsen uten drivelektronikk i det hele tatt, og det er grunnen til at designet overlever i kostnadssensitive, høye belastningsapplikasjoner selv om frekvensomformere nå dekker de fleste andre tilfeller.

Den andre betydningen: Konsekvente rotorer med permanente polmagneter

Samme begrep beskriver en helt annen konstruksjon på rotorsiden. I en konsekvent pol permanent magnetmaskin er magneter med en enkelt polaritet montert eller innebygd, og jernpolene mellom dem magnetiseres av de tilstøtende magnetene til motsatt polaritet. Halvparten av polene er magneter, den andre halvparten er jern.

For en kjøper er konsekvensene både kommersielle og mekaniske.

• Magnetmassen faller betydelig per polpar, og magneter er den dominerende kostnadsposten i trekk-, servo- og apparatmotorer.
• Rotoren blir fremtredende, så motviljemoment øker magnetmomentet og hastighetsområdet med konstant effekt utvides, noe som hjelper til med feltsvekkende drift.
• Fluksbanen er asymmetrisk, noe som øker dreiemomentrippel, ubalansert magnetisk trekk og rotorens harmoniske tap.
• Rotorens lamineringsgeometri blir kritisk: polbuer, fluksbarrierer og brotykkelse må avstemmes sammen.

Det siste punktet er et produksjonsproblem, ikke bare et simuleringsproblem. Rotorstabler av denne typen er vanligvis sammenlåst i stedet for sveiset, fordi sveising kortslutter lamineringer langs stabelen og legger til kjernetap nøyaktig der det harmoniske tapet allerede er høyt.

Interlock laminert kjerne for sveisefrie motorstabler Ferdig låst motorkjerneenhet med sveisefri, limfri konstruksjon, relevant for to-hastighets rotorstabler der sveisetap og produksjonskontroll er bekymringer. Se produkt →

Spesifisering av kjerner for en to-hastighets maskin: en brukbar sekvens

1. Fiks fartsparet og plikten først. Bekreft om lavhastigheten er kontinuerlig eller kun brukes til start, posisjonering eller nattdrift. Et 2:1-forhold er standard, men andre forhold er mulig på bekostning av viklingskompleksitet.
2. Dimensjoner den magnetiske kretsen for den verste flukstilstanden. De avviklede stangtennene og åket bak dem bærer konsentrert fluks, så sjekk flukstettheten i lavhastighetsforbindelsen i stedet for bare ved nominell høy hastighet.
3. Kontroller kjølingen på nytt ved lav hastighet. Hvis viften er akselmontert, planlegg for forsert ventilasjon, større vifte eller lavere temperaturstigningsklasse. Denne beslutningen endrer ofte rammen og huset.
4. Velg stablemetoden med vilje. Forrigling er rask og dimensjonsstabil i volum; klebemiddel gir det laveste kjernetapet; laser- eller TIG-sveiseverktøy raskt opp, men skaper kortslutninger mellom lamineringer som koster tap. To-trinns maskiner med høyt harmonisk innhold føler den straffen skarpere enn én-hastighets maskiner gjør.
5. Valider med laserkuttede prøver før du forplikter deg til hardt verktøy. Prøvelaminering lar teamet måle tomgangsstrøm, temperaturøkning og støy på den virkelige forbindelsen.
6. Lås dokumentasjonen. Avtal lamineringstykkelse, silisiumstålkvalitet, stablemetode, gradgrenser og inspeksjonsregistreringer før første produksjonsordre.

En leverandør som kontrollerer både silisiumstålinngangen og den ferdige stabelen fjerner en av de vanlige feilmodusene, noe som er en god grunn til å gjennomgå produksjonskjede før du legger inn en kjerneordre med to hastigheter.

Vedlikeholds- og samsvarsdetaljer som blir oversett

• Terminalidentifikasjon. En påfølgende polvikling lander vanligvis på seks avledninger. Reterminering av en reparert motor på feil tilkobling gir en maskin som går, men med feil hastighet og med for høy strøm.
• Kontaktorer og kobling. Hastighetsendring gjøres mekanisk, ikke elektronisk. Hårede kontakter og løse ledd er vanlige årsaker til at en motor nekter å nå den lave hastigheten.
• Temperatur ved lav hastighet. Bekreft det etter en eventuell tilbakespoling. Hvis et verksted monterer en generisk akselvifte, forsvinner lavhastighetsmarginen.
• Isolasjons- og temperaturøkningsgrenser. Sjekk mot IEC 60034-1 eller NEMA MG 1, og bekreft isolasjonsklassen verkstedet faktisk brukte i stedet for klassen på det originale navneskiltet.
• Materialkarakter etter en ombygging. I en to-trinns maskin gjør harmonisk tap silisiumstålkvaliteten mer innflytelsesrik enn den er i en enkelthastighetsmotor, så å erstatte en lavere klasse for å spare kostnader vises vanligvis som varme.

På tilbudssiden, be om dokumenterte kvalitetssystemer i stedet for sertifikater i en brosjyre: ISO 9001 som grunnlinje, IATF 16949 hvor motoren havner i et kjøretøy, ISO 14001 for miljøoverholdelse, og ISO 3834 for sveisede rammer som for eksempel maskinbaser av bokstype. Disse dokumentene er det som gjør at en kjerneordre med to hastigheter kan kontrolleres fra silisiumstålspole til ferdig stabel, inkludert råvaresiden som høyverdig ikke-orientert silisiumstål i spole-, stripe- eller arkform.

Silisiumstålrull, -strimmel og -plate Kvalitetskontrollert silisiumstål i rulle-, bånd- og plateform for motorkjerner og presisjonsstempling, relevant ved spesifikasjon av lamineringsmateriale og forsyningsdokumentasjon. Se produkt →

En påfølgende polmotor har to hastigheter fra en vikling, seks spolegrupper i stedet for tolv, avviklede poler som bærer fluks, men ingen kobber, og en fluksbølgeform som er hardere for kjernen enn en konvensjonell vikling. Disse fakta blir til kostnader og risiko på lamineringsstadiet, fordi stålkvalitet, lamineringstykkelse, stablemetode og stabellengde alle må velges for lavhastighetsforbindelsen og ikke bare for navneskilthastigheten.