産業用 DC 電動モーター: 選択、メンテナンス、およびアプリケーションガイド

1960 年代の圧延機の機械室内に立っている製鉄所のメンテナンスエンジニアは、今でもピニオンスタンドを駆動する大型の DC シャントモーターを発見しました。この機械は、巻き戻し、磨耗したブラシ、数十年にわたる塵埃に耐え、同等の AC 誘導モーターがそれに匹敵する特大の可変周波数ドライブを必要とする始動トルクを依然として提供しています。すでに直流バスシステムを稼働しているプラントにとって、適切な産業用 DC 電気モーターを指定することは、何十年にもわたって利益を生み出し続ける決定となります。 Shanghai Pinxing Explosion-proof Motor Co., Ltd. は、これらの機械と産業用 DC モーターの全製品を設計および製造しています。

Industrial DC Electric Motors for High Starting Torque Applications

高始動トルク用途向けの産業用 DC 電気モーターこれらのカスタム DC モーターは、高い始動トルクとスムーズな幅広い速度調整を提供するため、製鉄所の圧延スタンドやその他の頑丈な産業用ドライブに適しています。製品を見る→

産業用 DC 電動モーターは何が違うのでしょうか?

産業用 DC 電気モーターは、整流子とブラシを介して直流電気エネルギーを回転運動に変換し、滑らかで幅広い速度制御を備えた非常に高い始動トルクを提供します。

構造は簡単です。固定界磁巻線または永久磁石が磁束を生成します。電機子巻線はその磁界内で回転し、整流子は電機子コイル内の電流の方向を切り替えるので、電磁トルクは一方向のままです。その結果、大型の電子ドライブを使用せずに、停止時に定格トルクのほぼ 3 倍を発揮できる機械が誕生しました。

巻上げに使用される直巻 DC モーターはゼロ速度で 250 パーセントを超える定格トルクを引き出すことができますが、分巻モーターは負荷が変化しても狭い帯域内で速度を維持します。

直巻モーター: 最大始動トルク。クレーンやホイストに使用されますが、負荷を取り除くと速度が危険なほど上昇します。
分巻モータ: 工作機械、ファン、ポンプで一般的な、さまざまな負荷の下でも安定した速度。
複巻モーター: プレス機、剪断機、鉱山ワインダーの実用的な妥協点。
永久磁石 DC モーター: コンパクトで効率的で、サーボおよび軽量産業用モーションシステムで使用されます。

工場が現在でも DC モーターを指定する理由

DC モーターは、カタログのシンプルさよりも非常に高い始動トルクと幅広い滑らかな速度調整が重要な産業において、依然として実用的な選択肢です。

製鉄所、製紙機械、鉱山ホイスト、船舶甲板機械は、電機子電圧が速度を直接制御するため、DC ドライブに依存しています。動作範囲が変わっても、モーターやギアボックスを個別に再設計する必要はありません。 DC 電源パネルの回生定格により、ブレーキ中にモーターがエネルギーを系統に戻すこともできます。これは、単純なコンタクターベースの始動システムの AC 誘導モーターでは達成するのが困難です。

250 kW シリーズ DC モーターは始動時に定格トルクのおよそ 3 倍を生成できますが、同等の AC かご型モーターでは同じトルク曲線に達するには大型の回生 VFD が必要です。

たとえば、オフショア船舶のウインチシステムは、過熱することなくゼロ速度で移動する荷重を保持する必要があります。 DC モータの弱め界磁範囲は、エンコーダフィードバックを備えた AC ベクトルドライブよりも簡単に低速ゾーンをカバーします。すでに DC バスセクションを備えているプラントでは、ドライブアーキテクチャ全体を再構築するコストも回避できます。重要な違いについては、次の記事で詳しく説明しています。可変周波数駆動モーター .

産業用 DC 電動機の選択基準

産業用 DC 電気モーターの選択は、デューティサイクル、速度範囲、および電機子電圧制御方法から始まります。

定格運転トルクだけでなく、加速中にモーターが提供しなければならないピークトルクを定義する必要があります。次に、電機子電圧を現場で利用可能な DC バスに合わせます。プラントが 500 V バスを実行している場合、440 V モーターは最適磁場を下回って動作し、整流が不十分になります。断熱クラスと温度マージンも、高温の筐体内でマシンがどれくらい持続するかを決定します。全負荷時の低速での整流機能が最後の関門です。低速では、補極が正しく設計されていないと、小型位置決めドライブは激しいスパークの発生に悩まされます。

トルクとレギュレーション特性による産業用 DC モーターの種類の比較
モーターの種類	始動トルク	速度規制	効率範囲	典型的な産業上の義務
連続巻	非常に高い	無負荷時はダメ	85 ～ 92 パーセント	ホイスト、クレーン、ウインチ
シャント創傷	中等度	素晴らしい	85 ～ 94 パーセント	工作機械、ファン、ポンプ
複雑な傷	高	良い	82～90パーセント	プレス、ハサミ、ワインダー
永久磁石	低から中程度	良い	80～88パーセント	サーボおよび小型モーションシステム

ゼロ速度および最大作業速度でのピークトルクを定義します。
定格電機子電圧を既存の DC バスに一致させます。
絶縁クラスと最大負荷時の温度上昇を確認してください。
全負荷時の低速での整流品質を検証します。
回生ブレーキとフィールド電源をカバーする DC 電源パネルを選択します。

Custom DC Power Panels for Matching Armature Voltage

電機子電圧を一致させるためのカスタム DC 電源パネル適切な DC 電源パネルを選択すると、適切な電機子電圧マッチングと信頼性の高い整流が保証され、産業用 DC モーターシステムの過熱やスパークが防止されます。製品を見る→

よくある間違いは、電機子電圧定格が 440 V のモーターを選択し、それを 540 V の電気化学プラントバスに接続することです。余分な電機子電流により、数時間以内に整流子が過熱します。注文する前に、必ず完全な銘板データをモーターメーカーに提供し、最大連続速度を確認してください。

DCモーターの効率とメンテナンスデータ

ブラシ付き産業用 DC モーターは通常、全負荷効率 80 ～ 92% で動作し、定期メンテナンス項目はブラシの摩耗だけです。

産業用 DC モーターのタイプ別の一般的な全負荷効率範囲

永久磁石 80～88%

複雑な傷 82-90%

連続巻 85～92%

シャント創傷 85～94%

4000時間 クリーンな軽作業での標準的なブラシ寿命

80-92% 産業用 DC モータータイプ全体の全負荷効率

3回定格トルクに対する始動トルク能力

60℃ クラスF絶縁による温度上昇マージン

ブラシと整流子のメンテナンスは、産業用サービスにおけるすべての DC モーターの故障の約 90% を占めています。

マシンの残りの部分は非常に堅牢です。電機子巻線は巻き直すことができ、積層極フレームが故障することはほとんどありません。 2,000 運転時間ごとにブラシの着座、スプリングの張力、整流子のピッチングをチェックする予防スケジュールにより、DC ドライブは 20 年以上動作し続けます。これが、低電圧モーターアプリケーションガイドで直流システムの制御効率を強調する理由の 1 つです。ここで読んでください: 産業用モーター制御の効率 .

DC モーターと VFD を備えた AC モーター: どちらのシステムが勝ちますか?

産業用 DC 電気モーターと可変周波数ドライブで駆動される AC モーターのどちらを選択するかは、マシンのみの比較ではなく、システム全体のコストの問題になります。

DCシステムの利点

速度はエンコーダフィードバックなしでアーマチュア電圧によって直接制御されます。
非常に高い starting torque is delivered without oversizing the drive.
DC 電源パネルを使用すると、4 象限回生が簡単になります。
カスタム低速動作は、最大定格トルクでの実装が容易です。

DC システムの制限事項

ブラシと整流子は定期的な清掃と交換が必要です。
カスタム電機子巻線の場合、スペアパーツのリードタイムは長くなります。
高er maintenance labor cost than a closed AC induction motor.
標準的なヨーロッパのメーカーカタログではあまり一般的ではありません。

すでに DC バスを導入している工場の場合、DC ルートの方が安価になることがよくあります。グリーンフィールドプロジェクトの場合、回生 VFD を備えた AC モーターにより、メンテナンスの負担が軽減され、標準フレームの幅広い選択肢が提供されます。決定は、お住まいの地域に熟練した DC モーター巻き戻しショップが存在するかどうかにも依存します。カスタムシャフト、フランジ、または絶縁システムが必要な場合は、カスタムの特別なモーターエンジニアリングサービスが現実的な方法です。