Ưu điểm chính của việc sử dụng ĐỘNG CƠ ROTOR 3 PHA trong các ứng dụng công nghiệp là gì?

Trong thời đại bị thống trị bởi các ổ tần số thay đổi (VFD), người ta có thể xem xét Động cơ rôto dây quấn ba pha một công nghệ kế thừa. Tuy nhiên, hãy bước vào bất kỳ nhà máy xử lý hạng nặng, mỏ hoặc cơ sở xử lý vật liệu quy mô lớn nào, bạn sẽ thấy những con ngựa thồ này có khả năng cung cấp năng lượng một cách đáng tin cậy để thực hiện các nhiệm vụ đòi hỏi khắt khe nhất. Câu hỏi không phải là về sự lỗi thời mà là về sự chuyên môn hóa: đối với các ứng dụng mô-men xoắn cao, quán tính cao cụ thể, động cơ rôto dây quấn mang đến sự kết hợp giữa hiệu suất, độ bền và hiệu quả về mặt chi phí mà các lựa chọn thay thế hiện đại thường khó có thể sánh kịp. Bài viết này đi sâu hơn những điều cơ bản, cung cấp phân tích ở cấp độ kỹ sư về những lợi thế chính tạo nên Động cơ rôto dây quấn ba pha không thể thiếu trong các ứng dụng công nghiệp, từ khởi động có kiểm soát đến bảo trì thực tế.

Nguyên tắc cơ bản: Sức mạnh của việc điều khiển rôto bên ngoài

Không giống như động cơ lồng sóc có mạch rôto bị chập mạch vĩnh viễn, đặc điểm xác định của động cơ động cơ rôto vết thương là cuộn dây rôto ba pha của nó, được đưa ra stato thông qua các vành trượt và chổi than. Kiến trúc này cho phép kết nối các điện trở bên ngoài hoặc bộ điều khiển điện tử vào mạch rôto. Sự khác biệt đơn giản nhưng sâu sắc này cho phép điều khiển trực tiếp đặc tính tốc độ mô-men xoắn của động cơ. Bằng cách tăng điện trở rôto bên ngoài khi khởi động, trở kháng hiệu dụng của rôto tăng lên, đồng thời hạn chế dòng điện khởi động và tối đa hóa mô-men xoắn có sẵn ngay từ tốc độ 0—một khả năng vốn có trong thiết kế của động cơ.

Lợi thế cốt lõi 1: Hiệu suất khởi động vượt trội khi tải nặng

Đây là lúc động cơ rôto dây quấn thực sự vượt trội. Khả năng cung cấp mô-men xoắn khởi động cao với dòng điện khởi động thấp giải quyết được hai vấn đề quan trọng trong công nghiệp: ứng suất cơ học lên thiết bị được dẫn động và ứng suất điện lên nguồn điện.

Chinh phục quán tính cao: Sự lựa chọn lý tưởng cho máy nghiền & máy nghiền

Khi so sánh một Động cơ rôto dây quấn ba pha và lồng sóc cho ứng dụng máy nghiền , ưu thế của rôto dây quấn là rõ ràng. Máy nghiền, máy nghiền bi và quạt lớn tạo ra quán tính quay rất lớn. Một động cơ lồng sóc tiêu chuẩn khởi động ngang đường sẽ tiêu thụ 600-800% dòng điện đầy tải trong khi chỉ cung cấp 150-200% mô-men xoắn định mức, gây ra sụt giảm lưới điện nghiêm trọng và kéo dài thời gian tăng tốc căng thẳng. Một động cơ rôto dây quấn có điện trở bên ngoài có kích thước phù hợp có thể cung cấp 200-250% mô-men xoắn toàn tải trong khi chỉ tiêu thụ 150-200% dòng điện. Điều này mang lại khả năng tăng tốc mượt mà, có kiểm soát và nhanh hơn cho tải có quán tính cao, giảm thiểu sự mài mòn trên các bánh răng, khớp nối và chính máy móc được dẫn động.

Độ chính xác trong chuyển động: Giải pháp quan trọng về an toàn cho tời nâng

Câu hỏi của tại sao nên sử dụng động cơ rôto dây quấn cho các ứng dụng vận thăng tập trung vào kiểm soát và an toàn. Palăng và cần cẩu không chỉ yêu cầu mô-men xoắn khởi động cao để nâng tải mà quan trọng hơn là phải điều khiển chính xác trong quá trình tăng tốc và giảm tốc để ngăn chặn tải trọng dao động. Điều khiển điện trở theo bậc của động cơ rôto dây quấn cho phép người vận hành thực hiện trơn tru quá trình tăng tốc và quan trọng là sử dụng điện trở để điều khiển phanh điện trong quá trình hạ thấp. Điều này cung cấp khả năng "khởi động mềm" và "dừng mềm" vốn có giúp nâng cao độ an toàn, giảm sốc cơ học và cho phép xác định tải chính xác, điều mà khó đạt được độ tin cậy bằng cách thiết lập động cơ lồng sóc cơ bản.

Lợi thế cốt lõi 2: Kiểm soát tốc độ mạnh mẽ và tiết kiệm

Đối với các ứng dụng yêu cầu thay đổi tốc độ hạn chế, động cơ rôto dây quấn mang đến một giải pháp cực kỳ chắc chắn. Hiểu biết cách điều khiển tốc độ động cơ rôto dây quấn ba pha rất đơn giản: bằng cách thay đổi điện trở trong mạch rôto, bạn thay đổi độ trượt của động cơ và do đó thay đổi tốc độ của nó. Nhiều lực cản hơn đồng nghĩa với độ trượt cao hơn và tốc độ vận hành thấp hơn. Phương pháp này cung cấp một phương tiện kiểm soát tốc độ đơn giản, tiết kiệm chi phí và mạnh mẽ, đặc biệt là trong môi trường khắc nghiệt nơi các thiết bị điện tử tinh vi có thể bị hỏng.

• Điện trở bước truyền thống: Các dãy điện trở cồng kềnh nhưng cực kỳ chắc chắn được chuyển đổi thông qua công tắc tơ. Lý tưởng cho môi trường bẩn, nóng.
• Biến trở lỏng: Cung cấp khả năng tăng tốc mượt mà hơn bằng cách thay đổi mức chất điện phân hoặc nhúng tấm, thường được sử dụng trong động cơ vòng trượt công suất rất cao.
• Bộ điều khiển rôto trạng thái rắn: Bộ ngắt điện tử hiện đại có khả năng thay đổi điện trở hiệu quả bằng cách điều khiển bằng cách điều khiển bằng xung điện, mang lại hiệu quả tốt hơn và khả năng kiểm soát tốt hơn so với điện trở bậc.

Khi đánh giá các phương án kiểm soát tốc độ, điều quan trọng cần cân nhắc đối với các kỹ sư là tổng chi phí sở hữu và sự phù hợp với môi trường. Bảng dưới đây so sánh giải pháp rôto dây quấn với động cơ lồng sóc dẫn động bằng VFD phổ biến dành cho ứng dụng có công suất cao, phạm vi tốc độ giới hạn điển hình.

Lợi thế cốt lõi 3: Bảo vệ thiết bị và lưới điện vốn có

Lợi ích điện trực tiếp nhất là trả lời Làm thế nào để động cơ rôto dây quấn giảm dòng điện khởi động . Theo thiết kế, dòng khởi động thường được giữ ở mức 150-200% FLC, so với 600-800% của động cơ lồng sóc DOL. Điều này có ý nghĩa thương mại quan trọng:

• Giảm tác động của lưới điện: Ngăn chặn hiện tượng sụt áp có thể làm gián đoạn các thiết bị nhạy cảm khác trên cùng nguồn cung cấp.
• Chi phí cơ sở hạ tầng thấp hơn: Cho phép sử dụng máy biến áp và hệ thống cáp nhỏ hơn, giảm chi phí vốn ban đầu.
• Khởi động mềm vốn có: Việc tăng mô-men xoắn được kiểm soát sẽ bảo vệ thiết bị được dẫn động khỏi những cú sốc cơ học đột ngột, kéo dài tuổi thọ của hộp số, băng tải và khớp nối.

Bối cảnh ngành: Phân khúc đang phát triển trong thế giới VFD

Trong khi việc áp dụng VFD tiếp tục phát triển, động cơ rôto dây quấn vẫn không ở trạng thái tĩnh. Vị trí thích hợp của nó đang được củng cố bởi cả nhu cầu liên tục và cập nhật công nghệ. Theo phân tích thị trường kỹ thuật điện năm 2024 tập trung vào ngành công nghiệp nặng, nhu cầu về giải pháp khởi động mô-men xoắn cao ở các thị trường mới nổi có cơ sở hạ tầng lưới điện kém ổn định hơn đã tăng trưởng ổn định 3-5% hàng năm, trong đó hệ thống rôto dây quấn hiện đại hóa có bộ điều khiển rôto trạng thái rắn chiếm thị phần đáng kể. Hơn nữa, bản sửa đổi mới nhất năm 2023 của tiêu chuẩn IEC 60034-30-1 dành cho các loại hiệu suất động cơ, trong khi chủ yếu nhắm vào động cơ lồng sóc, đã thúc đẩy sự phát triển trong việc tối ưu hóa hiệu suất hệ thống truyền động hoàn chỉnh của các ứng dụng rôto dây quấn, bao gồm các sơ đồ điều khiển cải tiến cho điện trở bên ngoài để giảm thiểu tổn thất trượt trong quá trình vận hành ở trạng thái ổn định.

Nguồn: IEC - Tiêu chuẩn kỹ thuật điện quốc tế & Báo cáo phân tích thị trường ngành

Đảm bảo độ tin cậy lâu dài: Các biện pháp thực hành tốt nhất về bảo trì

Ưu điểm về hiệu suất của động cơ rôto dây quấn phụ thuộc vào việc bảo trì thích hợp. Một chương trình bảo trì có cấu trúc là điều cần thiết.

Chăm sóc chủ động: Hướng dẫn bảo trì vòng trượt cho động cơ cảm ứng rôto vết thương

Cụm vòng trượt và bàn chải là bộ phận chống mài mòn chính của hệ thống. Các phương pháp hay nhất bao gồm:

• Kiểm tra và vệ sinh thường xuyên: Kiểm tra bụi tích tụ (bụi cacbon dẫn điện đặc biệt có hại) và làm sạch bằng vải không có sợi tóc và chất tẩy rửa thích hợp.
• Bàn chải mòn & áp lực: Đo chiều dài bàn chải thường xuyên và thay thế theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Đảm bảo áp suất lò xo đồng đều và chính xác để duy trì tiếp xúc tốt và giảm thiểu phát ra tia lửa.
• Điều kiện bề mặt vòng trượt: Theo dõi rãnh, rỗ hoặc mòn không đều. Bảo dưỡng nhẹ bằng giấy nhám mịn có thể đủ; trường hợp nặng cần phải gia công lại chuyên nghiệp.
• Quan sát tia lửa: Một số tia lửa phát ra là bình thường ở mép sau của bàn chải. Tia lửa điện quá mức (vượt quá tiêu chuẩn IEC/GB) cho thấy có vấn đề về áp suất, bề mặt vòng hoặc cấp độ chổi than.

Một thực tế Khắc phục sự cố các vấn đề thường gặp về động cơ rôto dây quấn ba pha

Hướng dẫn tham khảo nhanh các vấn đề thường gặp:

• Bàn chải phát ra tia lửa/mòn quá mức: Kiểm tra áp suất chổi, cấp độ và tình trạng bề mặt vòng trượt. Đảm bảo các vòng đều sạch và đồng tâm.
• Động cơ chạy chậm/quá nóng: Có thể mạch điện trở bên ngoài bị lỗi (kết nối hở, contactor hỏng, bước bị kẹt). Kiểm tra ngân hàng kháng chiến và trình tự kiểm soát.
• Dòng điện pha không đều: Có thể chỉ ra mạch hở trong một pha rô-to (đứt dây dẫn, chổi bị mòn nghiêm trọng) hoặc mất cân bằng trong các điện trở bên ngoài.
• Rung/Tiếng Ồn: Kiểm tra vòng bi bị mòn (thường gặp ở tất cả các động cơ) nhưng cũng kiểm tra lực kéo chổi không đều hoặc các vấn đề cơ học với cụm vòng trượt.

Câu hỏi thường gặp: Động cơ rôto dây quấn ba pha

1. Động cơ rôto dây quấn có kém hiệu quả hơn động cơ dẫn động VFD không?

Ở tốc độ tối đa khi rôto bị chập mạch, hiệu suất của chúng có thể so sánh với động cơ lồng sóc loại tương tự. Trong quá trình giảm tốc độ thông qua điện trở, hiệu suất giảm do tổn thất trượt bị tiêu hao trong các điện trở. VFD hiện đại có thể hiệu quả hơn trên phạm vi tốc độ rộng. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng tốc độ cố định hoặc phạm vi giới hạn, tổng chênh lệch hiệu suất của hệ thống có thể không đáng kể và chi phí ban đầu thấp hơn cũng như độ chắc chắn cao hơn của hệ thống rôto dây quấn có thể mang lại tổng chi phí sở hữu tốt hơn.

2. Việc bảo trì bàn chải có phải là một nhược điểm lớn không?

Đó là một sự cân nhắc, không nhất thiết là một nhược điểm. Bảo trì chổi than và vòng trượt là một nhiệm vụ được lập kế hoạch và có thể dự đoán được. Trong môi trường khắc nghiệt, việc bảo trì cơ học này thường được ưu tiên hơn so với sự cố của thiết bị điện tử VFD nhạy cảm. Các vật liệu và thiết kế bàn chải hiện đại đã kéo dài đáng kể thời gian sử dụng, đôi khi vượt quá 12-18 tháng hoạt động liên tục.

3. Có thể sử dụng động cơ rôto dây quấn với VFD không?

Có, trong một cấu hình được gọi là hệ thống "tiếp liệu kép", nhưng nó phức tạp và không phổ biến. Thực tế hơn, VFD có thể được sử dụng ở phía stato của động cơ rôto dây quấn (với rôto bị chập), nhưng điều này phủ nhận lợi thế ban đầu của nó và hiếm khi tiết kiệm chi phí so với sử dụng động cơ lồng sóc tiêu chuẩn.

4. Những lý do chính để chọn một ngày hôm nay là gì?

Các yếu tố quyết định chính là: 1) Yêu cầu mô-men xoắn khởi động rất cao với dòng khởi động hạn chế (đối với máy nghiền, máy nén), 2) Cần điều khiển tốc độ đơn giản, chắc chắn trong môi trường khắc nghiệt (bẩn, ẩm ướt, nóng) và 3) Các ứng dụng trong đó việc tăng/giảm tốc được kiểm soát là rất quan trọng vì lý do an toàn hoặc quy trình (tời nâng, băng tải lớn).

5. Làm cách nào để biết liệu ứng dụng của tôi có cần hay không?

Thực hiện phân tích hệ thống truyền động chi tiết. Các câu hỏi chính: WR là gì ² (momen quán tính) của tải? Mô-men xoắn ly khai và tăng tốc cần thiết là gì? Những hạn chế của lưới là gì? Môi trường hoạt động là gì? Nếu phân tích chỉ ra quán tính cao, mô-men xoắn khởi động cao và nhu cầu khởi động có kiểm soát trong giới hạn lưới điện, thì động cơ rôto dây quấn sẽ là ứng cử viên hàng đầu.