Өнеркәсіптік электр қозғалтқыштар: Бастаушылар үшін шолу

Өнеркәсіптік электр қозғалтқыштар қалай жұмыс істейді: Жұмыс істеу принциптері

Өнеркәсіптік электр қозғалтқыштардағы энергияны түрлендіру процесі

Өнеркәсіпте пайдаланылатын электр қозғалтқыштары магниттер мен орамдар көмегімен электр тогын қозғалысқа айналдырады. Айнымалы ток сырт жағындағы орамдарға (статор орамы деп аталады) түскенде, қозғалтқыштың ішінде айналатын магнит өрісін жасайды. Келесі кезең шын мәнінде қызық: осы магнит өрісі қозғалтқыштың ішкі бөлігінде (ротор) электромагниттік индукция арқылы өзінің тогын тудырып, бұрандалы күшті (айналу моменті) қалыптастырады. Статистикалық деректер өнеркәсіптегі барлық электр жабдықтарының үштен бірінен жартысына дейін осындай қозғалтқыштарда жұмыс істейтінін көрсетеді. Мысалы, жинау жолағы бойында бөлшектерді тасымалдайтын тасымалдағыш ленталар немесе құбырлар бойымен сұйықтықты итеретін үлкен сорғыштар. Олардан жақсы ПӘК алу – магнит өрістерінің ротордың ішкі құрылысымен қаншалықты дәл сәйкес келуіне байланысты. Тіпті кішігірім ығысу уақыт өткен сайын үлкен айырмашылыққа әкелуі мүмкін.

Индукциялық, Тұрақты токты щеткалы және Серво қозғалтқыштардың жұмыс істеу принциптері

• Индукция Моторлары : Статор мен ротор арасындағы жанама байланыссыз электромагнитті индукция арқылы жұмыс істейді, ұзақ мерзімді пайдалануға болатын және аз техникалық қызмет көрсету талап ететін қозғалтқыш.
• Қозғалтқыштардың щеткасы бар тұрақты ток : Токтың бағытын ауыстыру үшін коллектор мен щеткаларды пайдаланыңыз, бұл автомобиль жүйелері сияқты құны шектеулі қолданбалар үшін дәл жылдамдықты басқаруға мүмкіндік береді.
• Сервомоторы : Тұрақты магнитті роторларды тұйықталған кері байланыс контурымен біріктіріп, миллисекундтан кем дәл позициондау үшін қажетті роботтандыру мен дәл автоматтандыруда маңызды рөл атқарады.

Әрбір қозғалтқыш түрі өзіне тән жұмыс істеу қажеттіліктерін қамтамасыз етеді, жауапкершілік, құн және сенімділік арасында тепе-теңдік орнатады.

Қозғалтқыштың жұмыс істеуіндегі электромагнитті өрістердің рөлі

Қозғалтқыштардың жұмыс істеуі негізінен электромагниттік күштерге байланысты. Статор айнымалы токпен қамтамасыз етілгенде, ол магнит өрісін туғызады, ол Фарадей индукция принципіне сәйкес роторды айналдырады, бұл магнит метал заттарды өзіне тартатын сияқты. Сапалы өнеркәсіптік қозғалтқыштардың көпшілігі электр энергиясын механикалық қозғалысқа 89% -дан 95% дейінгі пайдалы әрекет коэффициентімен айналдыра алады, әрине, бұл көрсеткіш конструкциялық ерекшеліктерге байланысты өзгеруі мүмкін. Күштірек магнит өрісі көбірек айналу моментін білдіреді, сол себепті өндірушілер қатты жұмыс жасайтын жабдықтар, мысалы, тауарлы ұнтақтағыштар мен пластмасса экструзия машиналары үшін арнайы орама техникаларын дамытуға көп уақыт жұмсайды.

Өнеркәсіптік электр қозғалтқыштарының түрлері: AC, DC және индукциялық түрлері

AC және DC қозғалтқыштары арасындағы негізгі айырмашылықтар мен олардың өнеркәсіптегі қолдану аясы

Айнымалы токтың электр қозғалтқыштары айналатын магниттік өріс жасап жұмыс істейді және бүкіл күні бойы жұмыс істейтін үлкен қуатты жұмыстар үшін өте жақсы, өйткені оларда мерекесіз коммутаторлар болмайды. Өнеркәсіптік сорғыштар, ауа компрессорлары немесе зауыттағы тасымалдау ленталары сияқты заттарды ойлаңыз. Енді тұрақты ток қозғалтқыштарында электр тогын беру кезінде тиесілі жаншылған щеткалар мен коммутаторлар болады. Бұл жүйе жүктеме өзгерген кезде дәл жылдамдық пен бұрау күшін реттеуге мүмкіндік береді, бұл қағаз зауыттарында немесе болат өндіру кәсіпорындарында өте маңызды. Көптеген салаларда айнымалы ток қозғалтқыштарын пайдаланады, өйткені олардың ұзақ уақыт пайдалануға болады және аз қызмет көрсету қажет. Бірақ әлі де көптеген жағдайлар бар, онда тұрақты ток қозғалтқыштары мағызалы, әсіресе қозғалтқыштың жұмыс істеуін өте дәл басқару қажет болған жағдайда.

Синхронды және асинхронды (индукциялық) айнымалы ток қозғалтқыштары: Өнімділік пен қолданылуы

Синхронды айнымалы токты моторлар жиілік дәл сәйкес келетін жылдамдықпен айналады, ол әсіресе әртүрлі машиналар немесе генераторлар сияқты дәлдікті қажет ететін қолданбалар үшін өте тиімді. Ал асинхронды моторлар «сырғанау» деп аталатын құбылыс әсерінен біршама баяу жұмыс істейді, бірақ жылдамдық жетіспеуін өзінің өз бетінше іске қосу қабілетімен және қолайсыз жағдайларды көтере білуімен толтырады. Осындай асинхронды моторлар қазіргі кезде зауыттарда орнатылған барлық моторлардың шамамен 70% құрайды және адамдар оларға күнделікті тұрақты түрде жер астындағы қазбалар мен қалдық су арнасындағы қиын жағдайларда, шаң мен ылғалдылық кемшілікті жабдықты бұзып жіберетін орындарда сеніммен сүйенеді. Көпшілік зауыттар индукциялық моторларды таңдайды, өйткені олар үздіксіз жұмыс кезекшілігіне жеткілікті дәрежеде қарапайым және тұрақты. Алайда синхронды моторлар өз нишасын сақтап қалды, әсіресе кез келген адам жылдамдықты басқарудың дәл әдісін немесе электр энергиясын пайдалану тиімділігін арттыру қажеттілігі туындаған кезде.

Бір фазалы және үш фазалы индукциялық моторлар: Сипаттамалары мен қолайлылығы

Бір фазалы қозғалтқыштар үш фазалық электрмен жабдықтау болмаған жағдайда кішігірім жабдықтар үшін қолданылады. Керісінше, үш фазалы қозғалтқыштар үздіксіз жұмыс режимінде энергия шығынын 30%-ға дейін азайтатын жоғарырақ пайдалы әсер коэффициенті мен бұрыштық момент береді, сондықтан олар өнеркәсіптік ортада кеңінен қолданылады.

Қаңқалы ротор мен орамды ротор қозғалтқыштар: конструкциясы мен жұмыс істеу артықшылықтары

Қысқыш құйрықты роторлы электр қозғалтқыштың ротор бөлігінде алюминий немесе мыстан жасалған біртұтас таяқшалары бар. Бұл қозғалтқыштар өте берік және аз қызмет көрсету керек, сондықтан олар цехтардағы ортадан тепкіш сорғылар мен тасымалдау таспалары сияқты заттар үшін үлкен таңдау болып табылады. Алайда, орамалы роторлы қозғалтқыштар әртүрлі жұмыс істейді. Олардың сыртында қозғалтқыш үйшігінен тыс орналасқан сырғанақ сақиналарға жалғанған сым орамдары бар. Осындай орналасу операторлардың кедергі деңгейін реттеуіне мүмкіндік береді, ал кейде бұл кәдімгі қозғалтқыштармен салыстырғанда екі есе артық пайда болуына әкеледі. Сонымен қатар, лифттер немесе тау жыныстарын ұнтақтайтын жабдықтар сияқты ауыр машиналармен жұмыс істеу кезінде заттарды қозғалысқа келтіру үшін қосымша күш жұмсау қажет болады. Көпшілік өнеркәсіптік кәсіп орындары қысқыш құйрықты роторлы модельдерді таңдайды, себебі оларды пайдалану мен жөндеу жеңілірек және арзан тұрады. Алайда, орамалы роторлы қозғалтқыштардың да өз орны бар, өйткені жұмсақ іске қосу немесе жұмыс істеу барысында айнымалы жылдамдық қажет болатын өндірістік орталарда олардың қолданысы маңызды.

Өнеркәсіптік электр қозғалтқыштардың негізгі компоненттері мен олардың қызметтері

Өнеркәсіптік электр қозғалтқыштар үш негізгі конструктивті элементтен :

• Статор : Электромагниттік өрістер туғызатын орамдары бар қозғалмайтын сыртқы құрылым
• Ротор : Статордың өрісімен әрекеттесіп бұралу моментін туғызатын айналатын ішкі компонент
• Орамдар : Токты тасымалдайтын және магниттік ағын туғызатын мыс немесе алюминий орамдары

Подшипниктер, корпус және суыту жүйелері: Беріктілік үшін қосымша компоненттер

Бұл компоненттер қатал ортада ұзақ мерзімді пайдалануды қамтамасыз етеді:

• Подшипниктер : Айналатын валдар мен қозғалмайтын корпус арасындағы үйкелісті азайтады, жоғары жүктемелі қолданыстағы пайдалану әсерін 8–12% арттырады
• Тұрғын үй : Ішкі бөлшектерді шаңнан, ылғалдан және механикалық зақымдан қорғайды
• Салқындату жүйелері : Ауа немесе сұйық салқындату арқылы тиімді жұмыс температурасын ұстап тұру, оқшаулау істен шығуының 72% -ын болдырмау 2023 жылғы қозғалтқыш сенімділігі туралы зерттеулерге сәйкес

Электр қосылыстары мен оқшаулау: Қауіпсіз және тиімді жұмысты қамтамасыз ету

Қазіргі заманғы қозғалтқыштар енгізеді:

• H-класс ысқамталуы : Температура 180°C (356°F) дейін көтерілуіне төтеп бере алады
• IP55-реттік қораптар : Тозаңның енуіне және төмен қысымты су жобыларына қорғаныс қамтамасыз етеді
• Жылумен өзгертілген шайырлар : Дәстүрлі материалдармен салыстырғанда дербес разрядтар қаупін 40% -ға азайтады

Дұрыс орнату доға жарқындау оқиғаларын 31% -ға азайтады және өнеркәсіптік электр желілері бойынша жалпы энергия беру тиімділігін арттырады.

АС индукциялық қозғалтқыштардың тиімділігі мен өнеркәсіптік ортада жұмыс өнімділігі

Неліктен айнымалы токтың индукциялық қозғалтқыштары өнеркәсіптік қолданыстарда басымдық танытады

Дүниежүзілік өнеркәсіпте пайдаланылатын электр энергиясының шамамен 40-тан, мүмкін, 50 пайызына дейін айнымалы токтың индукциялық қозғалтқыштарына кетеді, себебі бұл қозғалтқыштар ұзақ жұмыс істейді, тиімді әрекет етеді және көп күтім қажет етпейді. Сонымен қатар, өндірістік жабдықтардың көбі оларда жұмыс істейді – нақты айтқанда, жетіден бесі, әсіресе сорғыштар, ауа компрессорлары және зауыттарда материалдарды тасымалдау жүйелері сияқты құрылғылар. АҚШ Энергетика министрлігінің деректеріне сәйкес, өндірісте тұтынылатын электр энергиясының шамамен екі үштен бірі қандай да бір қозғалтқыш жүйесін қамтамасыз етуге кетеді. Нақты қиын қолданбалармен жұмыс істегенде, үш фазалы индукциялық қозғалтқыштар негізгі таңдау болып табылады. Олардың пайдалылығының бір себебі – олар қалыпты электр желілерімен сәйкес келеді және жиілікті реттегіштермен жұмыс істеуге мүмкіндік береді, бұл операторларға барлық инфрақұрылымды қайта жобалаудың қажетінсіз жылдамдықты қажетінше реттеуге мүмкіндік береді.

Айнымалы жүктеме мен қатаң жұмыс жағдайларындағы өнімділік

Бүгінгі айнымалы токтың индукциялық қозғалтқыштары жартылай жүктемеден бастап толық қуатында жұмыс істесе де 95% пайдалану әсерін сақтайды. Олар өте қолайсыз жағдайларда да тұрақты жұмыс істей алады, температура 50 градус Цельсийден асатын орындарда да сенімді. Бұл қозғалтқыштар IP66 қорғаныс дәрежесіне ие, сондықтан шаң мен кір ішіне түспейді. Инженерлер моменттің баптауларын өзгерту вибрация тұрақты қол жетімді болатын кен орындарында қозғалтқыштардың 37% ұзақ қызмет етуіне көмектесетінін анықтаған. Барлық осындай қасиеттер AC индукциялық қозғалтқыштарды көптеген өндіріс орындары мен өңдеу зауыттары өз жұмыстарын тоқтатуға болмайтын маңызды операциялар үшін пайдаланатынын түсіндіреді.

Жаңа қозғалтқыш технологиялары дәстүрлі айнымалы ток индукциялық конструкцияларынан асып түсіп жатыр ма?

Зертханалық сынақтарда тұрақты магнитті синхрондық қозғалтқыштар (ПМСҚ) әдетте басқа түрлерге қарағанда пайдалану әсері жағынан 2-ден 4 пайызға дейін жоғары көрсеткіш көрсетеді. Алайда айнымалы ток индукциялық қозғалтқыштар көпшілік жағдайда таңдау объектісі болып табылады. Неліктен? Осындай индукциялық қозғалтқыштарды өндіру шығындары ПМСҚ-пен салыстырғанда шамамен 28 пайыз төмен болып келеді, сонымен қатар олар сирек кездесетін жер металдарына тәуелді емес, бұл материалдардың жетіспеуі кезінде тізбектерді жабдықтау үшін ә существенно жақсырақ жағдай жасайды. Соңғы жылдары орын алған жетістіктер нақты жүктеме жағдайларына сәйкес операторлардың нақты уақыт режимінде өнімділік параметрлерін реттеуіне мүмкіндік беретін ақылды басқару жүйелерін енгізді. Бұл жақсартулар өнімділікті 8-ден 12 пайызға дейін арттыруға және қозғалтқыштардың қызмет ету мерзімін ұзартуға көмектеседі. Нақты көрсеткіштерге назар салсақ, үш фазалы индукциялық қозғалтқыштар ауыр өнеркәсіптің шамамен 67,9 пайызын ұстап тұр, бұл олардың өнеркәсіптің 4.0-ге ауысуы туралы сөз болғанымен тарихи құрылғылар емес екенін дәлелдейді.

Өндірістік электр қозғалтқыштардың шынайы әлемде қолданылуы

Сорғыларда, тасымалдағыштарда, компрессорлар мен желдеткіштерде жиі қолданылуы

Электр қозғалтқыштары өндірістік электр энергиясының шамамен 54 пайызын құрайды, деп соңғы жылы Америка Құрама Штаттарының Энергетика министрлігі айтқан болатын, негізінен цехтарда сұйықтар мен материалдарды тасымалдау үшін қажет болған. Көпшілік муниципалдық су жүйелері үлкен сорғыларды жұмыс істеу үшін үш фазалы индукциялық қозғалтқыштарға сүйенеді, сондықтан көршілес аудандарда су қысымы тұрақты болып табылады. Көлік шығару цехтарында осындай қозғалтқыштар бөлшектерді цех аумағы бойынша әртүрлі жылдамдықпен, бір минутта 120 футқа дейін жеткізетін тасымалдағыш ленталарды қозғалысқа келтіреді. Орталық жылыту мен суытудың ғимараттарында центрге тартқыш компрессорлар олардың бастапқы моментіне қатты тәуелді. Ал уақытта, арнайы қоймалар мен коммерциялық кеңістіктерде үлкен желдету талаптарын орындау кезінде осьтік желдеткіштер олардың тегіс үдеуге қабілеттілігінен пайдаланады.

Зерттеу жағдайы: Өндірістегі тасымалдағыш жүйелердегі үш фазалы асинхронды электр қозғалтқыштар

2024 жылғы өндірісті автоматтандыру бойынша зерттеу Орталық Америкадағы автокөлік зауытында орналасқан 2,4 милдік тасымалдағыш желісін IE4-классындағы қозғалтқыштарға ауыстырды. Бұл шараның нәтижесінде жылдық энергия шығындары 18%-ға азайды және жүйенің сенімділігі артты, үш ауысым бойынша жұмыс істеу уақыты 99,3% құрады. Негізгі нәтижелерге кіреді:

Қоңырау да нақты уақыт режимінде бақылау үшін IoT датчиктерін біріктірді, бұл алдын ала болжау техникасына деген жалпы тенденцияны көрсетеді.

Бейімділік: Автоматтандыруда энергия үнемдеуші қозғалтқыштарды пайдалану кеңейіп келеді

Мысалы, Еуропалық Одақтың 2027 жылға арналған Экожоба директивасы сияқты ережелер компанияларды энергияны шамамен 20-30 пайызға үнемдейтін жаңа IE4 және IE5 нұсқаларына көшуге итермелеп жатыр. 2023 жылы Энергетика министрлігі бір тамақ өңдеу зауытын тексергенде не болғанын қараңыз. Олар жалпы қуаты 1200 ат күшін құрайтын сорғылардың барлық электр қозғалтқыштарын тұрақты магнитті синхронды технологиямен алмастырғаннан кейін компания әрбір жылы жуық 740 мың доллар үнемдеп отырғанын анықтады. Қатты әсер қалдырады, дұрыс па? Қазіргі уақытта өндірушілер роботтық қолдар мен компьютерлік басқарылатын механикалық өңдеу орындарын жабдықтау кезінде кем дегенде 95% пайдалы әрекет коэффициентіне ие электр қозғалтқыштарын тікелей таңдайды. Электр құнын бақылау арқылы бәсекеге қабілетті болуы үшін бұл түсінікті.

Болашақ көзқарас: Ақылды жүйелер мен Industry 4.0-мен интеграция

Қозғалтқыштардың ең соңғы буыны өзіне AI негізіндегі болжау талдауын енгізуге бастады, алғашқы сынақтар күтпеген тоқтаулар санын 40% азайтатынын көрсетті. Цифрлық егізек технологиясы арқылы өндіріс зауыттары олардың жергілікті орнатылуынан көп бұрын қозғалтқыштардың қатты жағдайларда қалай жұмыс істейтінін тексеру мүмкіндігіне ие болады. Алдағы уақыттағы нарықтық болжамдар 2028 жылға қарай шығарылатын жаңа өнеркәсіптік қозғалтқыштардың үштен екі бөлігі 5G желісімен жұмыс істейтін шеткі есептеулерге үйлесімді болатынын көрсетіп отыр. Бұл олардың жылдам қозғалыстағы орауыш сызықтары үшін тез момент түрлендіруді орындауға мүмкіндік береді. Өнеркәсіп толықтай ақылды қозғалтқыш желілеріне қарай қозғалып жатқанын айтуға болады, онда бәрі бірімен үйлесімді түрде жұмыс істейді.

Жиі қойылатын сұрақтар

Өнеркәсіптік электр қозғалтқыштарының негізгі түрлері қандай?

Өнеркәсіптік электр қозғалтқыштарының негізгі түрлеріне индукциялық қозғалтқыштар, тұрақты ток қозғалтқыштары және сервомоторлар жатады. Әрбір түрі әртүрлі жұмыс істеу қажеттіліктерін қамтамасыз етеді және тұрақтылық, басқару және құнының тиімділігі жағынан әртүрлі артықшылықтар ұсынады.

АС индукциялық қозғалтқыштар неге өнеркәсіптік ортада басым болып саналады?

АС индукциялық қозғалтқыштар ұзақ қызмет ету мерзімі, жоғары тиімділік, аз қызмет көрсету талаптары және айнымалы жиілікті жетектермен үйлесімділігі сияқты себептерге байланысты өнеркәсіптік орталарда үздіксіз және ауыр жұмыстар үшін идеалды болып табылады.

Синхронды және асинхронды қозғалтқыштар бір-бірінен немен ерекшеленеді?

Синхронды қозғалтқыштар электр желісінің жиілігіне дәл сәйкес келетін айналу жылдамдығында жұмыс істейді және станоктар сияқты дәлдік талап ететін қолдануларда пайдаланылады, ал асинхронды (индукциялық) қозғалтқыштар қиын жағдайларға шыдамды болып келеді және өздігінен іске қосылу қабілеті мен беріктігі арқасында кеңінен қолданылады.

Қозғалтқыштардағы подшипниктер мен салқындату жүйелерінің рөлі қандай?

Подшипниктер үйкелісті азайтып, тиімділікті арттырады, ал салқындату жүйелері қозғалтқыштың температурасын оптималды деңгейде ұстап, оқшаулау сәтсіздіктерін болдырмауға және қызмет ету мерзімін ұзартуға мүмкіндік береді.

Қозғалтқыш технологияларында қандай жаңартулар жасалуда?

Тұрақты ақауларды азайту үшін болжауға негізделген жасанды интеллекттің енгізілуі, нақты уақыт режимінде жұмыс өнімділігін баптау үшін ақылды басқару жүйелерін, сондай-ақ 5G желісімен жабдықталған шеткері есептеулерге негізделген ақылды зауыттар үшін үйлесімділікті қосу.