直流電気モーターガイド: 選択、仕様、および改造の決定

400kW 直流電動機 抄紙機のウェットエンドでは、電機子電圧が速度を設定し、界磁電流がトルクを設定するため、20:1 の範囲にわたって速度が 0.1% 以内に維持されます。この分割が、可変周波数 AC ドライブがほぼすべてのグリーンフィールド プロジェクトで成功しているにもかかわらず、依然として DC 機械が巻き戻し、ホイスト、押出機、反転ミル スタンドとして注文されている理由です。ほとんどのプラントが直面する狭い質問は異なります。特定の被駆動機械にとって DC モーターが依然として正しい答えなのか、また、それをさらに 15 年間稼働し続けるための仕様には何が含まれているのか、ということです。

改修義務がこの市場の大半を占めています。フレーム、カップリング、ギアボックス、および基礎がすべて DC 機械を中心に寸法設定されている場合、AC モーターとドライブの交換は、通常、機械インターフェースの再加工、ケーブル トレイの配線変更、および長時間停止が許されないプロセスでのトルク モデルの再検証を意味します。多くの場合、既存のモーターを維持し、コンバータ、フィールド電源、およびフィードバック デバイスを交換することが、生産に戻る近道です。

このガイドの残りの部分では、DC モーターとは何か、DC モーターが AC ドライブに勝る点、仕様を決定する数値、これらの機械がどのように故障するか、他のプラントの問題を引き継がずに DC モーターを購入する方法について説明します。

直流電気モーターとは実際には何ですか

直流電気モーターは、整流子とブラシセットを介して電機子巻線に電流を流し、別個に供給される界磁巻線が磁束を確立することにより、DC 電気エネルギーを機械トルクに変換する回転機械です。トルクは電機子電流と界磁磁束の積に比例します。速度は電機子電圧とともに上昇し、界磁束が増加すると低下します。これら 2 つの変数は独立した電源から得られるため、機械はローター モデルなしで停止時に定格トルクを提供し、設定速度を維持します。

5 つのアセンブリには、サービスに重要なすべてのものが含まれています。

• フレーム磁極と界磁磁極。主磁束を伝送します。また、より大きなフレームでは、磁極面の下にある電機子の反力をキャンセルする補償巻線を伝送します。
• アーマチュアと直列に配線されたインターポールは、コイルがブラシを通過するときにコイル内の電流を逆にし、転流をスパークのない状態に保ちます。
• 巻線が電流をトルクに変換する積層電機子。
• 整流子とブラシギアは、通常の使用で摩耗する唯一の部品です。
• 冷却回路は一般に、大型フレームでは IC06 個別換気または IC17 空対空、小型フレームでは IC411 です。

個別に励起される機械には、強力な界磁電源が必要です。プラントの電圧低下中に界磁電流が低下すると、磁束が変化し、速度が変化し、ブラシのエッジが数サイクル以内にスパークを引き起こす可能性があります。電源変動の下でも界磁電流を安定に保つ静的励磁ハードウェアは、長い耐用年数にわたって整流と速度の安定性を予測可能に保ちます。

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直流電気モーターが依然として AC ドライブに勝てる場所

DC モーターは、4 つの特定の状況ではより良い選択です。ゼロ速度でフルトルクが必要な場合、定トルク範囲が 10:1 より広い場合、既存の機械的インターフェイスをシャフトのキー溝まで保持する必要がある場合、または負荷がギアボックスなしで非常に高い離脱トルクを必要とする場合です。このような場合を除けば、ベクトル制御ドライブを備えた誘導モーターは購入費、メンテナンス費が安く、動作効率も高くなります。

製造現場では、DC の業務は次のような予測可能なパターンに従って行われます。

これらの職務はいずれも効率性を重視して選択されたものではありません。これらが選択されるのは、駆動マシン、プロセスウィンドウ、または停止予算を考慮すると、同じパフォーマンスを維持するためのより安価な方法がないためです。

DCモーターの仕様を決定する数値

DC モーターのほとんどの仕様は、電機子電圧、界磁電圧、ベース速度、最高速度、およびゼロ速度で必要なトルクの 5 つの値によって決まります。冷却、断熱クラス、エンクロージャの定格、およびフィードバックのタイプはすべて、デューティ サイクルとマシンの周囲の環境から決まります。

電機子電圧は通常、モーターに電力を供給するコンバーターによって固定されるため、これは最後ではなく最初に確認する制約となります。リップルは公称値と同じくらい重要です。軽負荷コンバータからの高いリップルは電機子の発熱を増加させ、整流子フィルムの寿命を短くします。そのため、デューティ サイクルとコンバータの定格が一緒に指定されます。

これらの点は事実ですが、彼らが自分たちでプロジェクトを決定することはほとんどありません。既存のモーターを再利用する改造により、機械的作業、試運転時間、プロセスのリスクが回避されます。エネルギーのペナルティは、何年も継続して運転した場合にのみ回復します。マシンが年間 8000 時間稼働する場合、演算が変更され、ライフサイクル全体の計算がビジネス ケースに属します。

DC モーターが故障する仕組みとそのコスト

DC 機械が巻線で停止することはほとんどありません。それは整流子で死にます。 DC モーターの計画外ダウンタイムのほとんどは、ブラシの摩耗、フィルムの破損、スパーク、フラッシュオーバーであり、それぞれの発生はゆっくりと進行するため、定期的な検査で発見できます。

• 整流子フィルムの故障。 間違ったブラシのグレード、低湿度、または汚染された冷却空気により酸化膜が剥がれ、数週間以内に火花が発生します。
• ブラシの摩耗とビビリ。 ばねの圧力が失われると、楕円形の整流子や機械の振動により摩耗が促進され、不均一なブラシ トラックが残ります。
• フラッシュオーバー。 突然の過負荷や磁界損失はブラシ アーム全体に発生し、通常は現場または作業場での整流子スキムで終わります。
• 補極および巻線の故障を補償します。 接続が緩んでいたり、ターンが短絡したりすると、無負荷時ではなく負荷がかかると激しい火花が発生します。
• 絶縁劣化。 繰り返しの負荷と熱サイクルにより、ベアリングに問題が発生するずっと前にアーマチュアの絶縁が脆弱になります。
• 汚染。 冷却空気中のカーボンダスト、オイルミスト、湿気は絶縁体とフィルムの両方を攻撃し、紙や食品ラインではカーボンダストが製品の品質問題になります。

これが、再構築が正当な解決策である理由でもあります。 DC アーマチュアの巻き戻し、スキミング、再バンド付けを行ってから、ブラシ ギアを元の図面に再取り付けする作業は、多くの場合、新品のモーターの数分の 1 の費用で済み、機械的インターフェースはそのままに保たれます。決定は、整流子ライザーの状態と、元のコアとシャフトが許容範囲内にあるかどうかによって決まります。

火傷をせずに DC モーターを指定して調達する方法

古い銘板からではなく、駆動される機械から始めてください。銘板と一致するが、カップリング、デューティ サイクル、および周囲条件を無視した交換は、最も高価な種類の正しいものです。

1. 機械的インターフェイスを記録します: シャフトの直径と延長、キー溝、フランジまたは足のパターン、中心の高さ、および非駆動端に取り付けられたブレーキまたはタコ。
2. デューティ サイクルを書き留めます: 連続または断続、1 時間あたりの始動数、逆転サイクル、周囲温度、高度、機械が基本速度以下で動作する時間。
3. 価格を要求する前に、コンバータから利用可能な電機子電圧、界磁電圧、フィードバック デバイスの種類、コンバータが維持されるか交換されるかなど、電気的エンベロープを修正してください。
4. 熱要件と保護要件を設定します。絶縁クラス F とクラス B 上昇を最低条件とし、防塵および洗浄に適合した IP 定格、スペース ヒーター、RTD、および巻線温度トリップを設定します。
5. スペアおよび文書パッケージ (ブラシのグレードとセット、スプリング、ホルダー、整流子の整備手順、工場でのテスト報告書、および寸法図) に同意します。

危険区域の義務により、さらに 1 つの階層が追加されます。ゾーン 1 エリアのブラシ ギアを備えた DC 機械は、通常、耐圧防爆エンクロージャ内で供給され、認定範囲は、モーター自体だけでなく、端子ボックス、スペース ヒーター、タコもカバーする必要があります。モーター、フィールド電源、始動装置を適合するパッケージとして購入すると、統合リスクのほとんどがなくなります。 Shanghai Pinxing Explosion-proof Motor Co., Ltd. は、高電圧、低電圧、防爆モーターの製品群と、それらに関連する DC および制御ハードウェア、およびその周辺機器を構築しています。 文書化されたプロジェクトのインストール 石炭、石油化学、冶金工場で機器がどのような問題に直面しているかを示します。

改造がモーターで止まることはほとんどありません。プラントの DC 制御電源が、それが供給するドライブよりも古い場合、同じ停止中に配電ハードウェアを交換することで、同じ年の後半に 2 回目のシャットダウンが発生するのを防ぐことができます。

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直流電動モーターに関するよくある質問

直流電動機は何に使われますか?

ゼロ速度または非常に広い一定トルク範囲でフルトルクを必要とする負荷を駆動します。たとえば、逆転機スタンド、抄紙機セクション、鉱山ホイスト、押出機、クレーンホイスト、バッテリ駆動装置の小型永久磁石ドライブなどです。

VFD を備えた DC モーターは AC モーターよりも優れていますか?

新規インストールの場合は、いいえ。ベクトルドライブを備えた AC モーターは効率が高く、ブラシのメンテナンスが必要ありません。固定機械インターフェース内の既存の DC マシンの場合、多くの場合、ドライブ トレインを再加工するよりも、DC モーターを維持する方が早くて安価です。

DCモーターの寿命はどれくらいですか?

定期的なブラシ検査、フィルムチェック、および定期的な整流子のスキミングを行うと、15 年以上は正常です。通常、制限要因は整流子と絶縁状態であり、ベアリングの寿命ではありません。

DCモーターは危険場所で使用できますか?

はい、通常は、認定されたブラシギア、端子ボックス、および付属品を備えた耐圧防爆エンクロージャ内にあります。認証範囲は、スペース ヒーターや速度フィードバック デバイスなど、機械に追加されるすべてのコンポーネントをカバーする必要があります。