感应电动机
了解为工业应用采购电机的挑战和常见陷阱,并找到更直接的路径。
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电机采购可以简单到从值得信赖的供应商那里重复订购,也可以是长达数月的过程,包括现场访问、研究以及用户和设备供应商之间令人沮丧的对话。无论过程多么复杂,目标始终是相同的:有效地采购高质量的电机,使其易于固定,并在未来几十年可靠地驱动设备。每当电机采购错过了以上几点,就会导致昂贵、缓慢甚至危险的情况。

图1:电机采购决策过程(图片由designmotors提供)
图1:电机采购决策过程(图片由designmotors提供)

虽然电机确实可以被看作是将电气和机械工程的动态元素结合在一起的复杂机器,但本文将简化一种电机选择与另一种电机选择的比较,并提供电机采购的不同视角。通过检查电机相互比较的标准,并查看用户采购电机的典型过程,最终用户可以避免许多人在电机采购中经历的一些代价高昂的陷阱。

基本采购准则

无论将电机视为使用电力的机械设备还是执行机械功能的电气设备,电机采购的关键点是所有电机用户都对这些机器有电气和机械需求。所有电机的主要电气特性是它们的速度(极数)、马力(hp)、额定电压、温度分类(绝缘和升高)和瞬态工作特性(击穿扭矩、涌流等)。对用户来说最重要的机械特性包括框架尺寸(电机安装尺寸),外壳(环保),轴承类型和包括整体重量在内的特性,等等。即使是这些最基本的特征也说明了可以创造的无数电子和机械特征的组合。当这些组合与电机可用的无数来源耦合时,难怪为应用程序找到正确的电机会感觉是一项艰巨的任务。

采购过程

为了直观地说明电机采购过程,创建了如图1所示的流程图。尽管不同用户采取的过程不同,但所显示的流程图是一个建议的行动过程,它试图从最广泛和最固定的标准开始,然后通过修改这些“基本”规范的点进行工作。说明这一过程的一个希望是,用户的目光“超越”铭牌上显示的型号,并确保未来的电机决策考虑到所有真正的需求。如图所示,任何采购过程都必须从电机需求开始,然后立即收集与电机相关的所有信息。

简单地指定电机机架尺寸将无法详细说明所有安装要求的安装示例
图2:安装示例,简单地指定电机框架尺寸将无法详细说明所有安装要求

有人说,一张图片胜过千言万语,但就汽车而言,照片和其他数据通常也值节省数千个小时和美元。特别是,现有安装的照片向供应商展示了一些不符合基本电机标准(即框架尺寸)的项目,包括管道运行或混凝土固定装置等附近障碍物,这有助于供应商选择正确放置的项目,包括电机端子盒和外壳组件。在图2中可以看到,简单地指定电机框架尺寸将无法详细说明所有安装要求的安装示例。

虽然电机供应商最初要求现有电机的历史数据,包括维护问题、运行温度和安培、驱动设备性能曲线和维修历史似乎是多余的,但在流程开始时,这一点额外的努力几乎总是能避免被忽视的采购错误。

收集数据后,采购流程下一步应确定是否可以维修或更换现有电机,或者是否应采购用于新应用的电机。在这些初始阶段,确定所需电机的广泛类别(鼠笼感应、绕线转子感应、永磁同步、绕线磁场同步、直流[DC]等)是至关重要的,以及电机是否必须是新的,或者是否适合一些成本更低、交付时间更短的选择(包括重建机器)。

图3:在调查中,采购电机的标准的重要性排名
图3:在调查中,采购电机的标准的重要性排名

一旦做出了这些选择,就可以向供应商广泛询问电机的速度、马力、电压、温度特性和外壳的规格。用户通常如何对这些标准进行排名,可以在最近由一家电机设计公司进行的电机采购决策试点研究的结果中看到。其中一个问题,“在采购电机时,将以下标准按重要性从上到下排列”,给一组电机专业人员的结果可以在图3中看到。

方程1有趣的是,当被问及电机的标准时,大多数用户将马力列为最关键的,但有争议的是,他们忽略了电机转速在决定交付给负载的实际扭矩方面的卓越性。例如,终端用户永远不会想到,他们可以使用如图4所示的2250马力、240转/分(rpm)的感应电机,而不是如图5所示的2250马力、600转/分的感应电机。虽然它们都是来自同一OEM的垂直2250马力电机,但600转/分钟的电机的额定扭矩不到240转/分钟的一半,甚至不能旋转较慢的电机的负载。这一点的关系显示在电机满载转矩方程中,如式1所示。

感应电机2250马力,每分钟240转
图4:2250马力,240转/分钟的感应电机

在基本电气特性规范之后,决定电机的机械包,最基本的描述是机架尺寸。最直接的情况是一个新的安装,其中供应商的标准机械产品在物理上是合适的,但经常发生的情况是用户有限制,包括现有的基础功能或安装干扰,使基本电气标准与供应商的标准产品不匹配。

感应电机2250马力,600转
图5:2250马力,600转/分的感应电机

无论如何,在最初的框架选择之后是一个迭代的过程,选择轴承,润滑,并检查修改要求,如最终用户规范,行业标准,或性能要求,如满足异常高的锁定转子扭矩,可能会迫使机械包(框架)发生变化。这些修改可以很简单,从减摩到流体动力轴承,改变电机驱动端轴肩的确切位置,再到特殊的电气性能要求,迫使重新设计电机的定子和转子,并导致整机尺寸的巨大变化。

在此过程中,用户应该了解适合其应用的电机,并需要确保他们拥有支持购买决策所需的技术和商业信息。不幸的是,这两个项目确实给用户带来了采购问题,但通常不可能在首先完全确定技术电机需求的情况下获得。在评估这些需求之后,要么对流程进行迭代,以找到更多的供应商,要么结束练习,以获得可接受的电机。

其他的考虑

即使直接遵循这里显示的过程,也总有一些独特的情况会带来不那么容易回答的问题。如果用户想从单轴承绕线场同步改为双轴承鼠笼感应机,以增加保护、简化操作和简化对准,该怎么办?参见图6和图7中的示例。

如果安装了电机,最终用户担心之前未指明或未发现的项目,包括意外的电机噪音或外壳温度,该怎么办?如果更换的电机与电机控制中心(MCC)的交互方式与以前的机器不同,但不是维护问题,该怎么办?

这里最好的建议和生活中的许多其他领域一样:保持冷静,有条不紊地工作,始终与值得信赖的供应商合作。此外,对于电机采购,通常情况下,最简单的解决方案是最聪明的解决方案,依靠行业最佳实践和常识可以获得很多。

图6:单轴承绕线磁场同步电机和图7:双轴承鼠笼感应电机

让它发挥作用

通过将电机采购视为一个简单的、可重复的过程,该过程基于一些设定的标准,这些标准可以根据用户特定的需求进行修改,因此通常与此过程相关的“魔力”有望被揭开。如果用户愿意评估他们以前对电机的看法,一个新的视角可能会为整个供应链提供机会,为电机用户提供更多价值,并避免与糟糕的采购决策相关的昂贵停机时间。

在这一领域还有很多工作要做,但开始简单地“超越型号”,深入了解用户的实际需求,肯定会改善用户和供应商的电机采购体验。

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