Lắp đặt điện trong Hệ thống Máy nén khí
30 tháng sáu, 2022
Trong bài viết này, chúng ta sẽ nói hệ thống điện để đảm bảo máy nén khí hoạt động bình thường. Điều này bao gồm các động cơ, dây cáp điện, điều khiển điện áp và bảo vệ đoản mạch.
Động cơ Điện
To generate compressed air, an air compressor electric motor uses energy to produce power. The most common type is a three-phase squirrel cage induction motor, used in all types of industries. It is silent and reliable, and is therefore a part of most systems, including compressors.
An air compressor electric motor consists of two main parts, the stationary stator and rotating rotor. The stator, connected to the three-phase mains supply, produces a rotating magnetic field. Energy becomes converted into movement, i.e. mechanical energy with the rotor.
The current in the stator windings creates a rotating magnetic force field, which induces currents in the rotor. This results in a magnetic field there as well. The interaction between the stator's and the rotor's magnetic fields creates turning torque, making the rotor shaft rotate.
If the induction motor shaft would rotate at the same speed as the magnetic field, the induced current in the rotor would be zero. However, due to various losses in, for example, the bearings, this is impossible. Therefore, the speed is always approx. 1-5% below magnetic field synchronous speed (called "slip"). (Permanent magnet motors do not produce any slip at all.)
Energy conversion in a motor does not take place without losses. These losses are the result, among other things, of resistive losses, ventilation losses, magnetization losses and friction losses.
The insulation material in the motor's windings gets divided into insulation classes in accordance with International Electrotechnical Commission (IEC) 60085 standards. A letter corresponding to the temperature, which is the upper limit for the isolation application area, designates each class. If the upper limit exceeds 10 °C over a period of time, the insulation's service life becomes cut by nearly one half.
Insulation class |
B |
F |
H |
Max. winding temp. °C |
130 |
155 |
180 |
Ambient temperature °C |
40 |
40 |
40 |
Temperature increase °C |
80 |
105 |
125 |
Thermal margin °C |
10 |
10 |
15 |
Protection classes, according to IEC 60034-5, specify how the motor is protected against contact and water. These are stated with the letters IP and two digits. The first digit states the protection against contact and penetration by a solid object. The second digit states the protection against water. See below for what each class represents.
IP 23: (2) protection against objects greater than 12 mm. (3) protection against direct sprays of water up to 60° from the vertical.
IP 54: (5) protection against dust. (4) protection against water sprayed from all directions.
IP 55: (5) protection against dust. (5) protection against low-pressure jets of water from all directions.
Cooling methods according to IEC 60034-6 specify cooling methods for the motor. This is designated with the letters IC followed by a series of digits representing the cooling type (non-ventilated, self-ventilated, forced cooling) and the cooling mode of operation (internal cooling, surface cooling, closed-circuit cooling, liquid cooling, etc.).
The installation method, represented by the letters IM and four digits, states how the motor is installed according to IEC 60034-7. Below are two examples on what this means.
IM 1001: two bearings, a shaft with a free journal end, and a stator body with feet.
IM 3001: two bearings, a shaft with a free journal end, a stator body without feet, and a large flange with plain securing holes.
A three-phase electric motor can be connected in two ways: star (Y) or delta (Δ). The winding phases in a three-phase motor are marked U, V and W (U1-U2; V1-V2; W1-W2). Standards in the United States make reference to T1, T2, T3, T4, T5, T6. With the star (Y) connection, the "ends" of motor windings phases become joined together, forming a zero point. Visually, it looks like a star (Y).
A phase voltage (phase voltage = main voltage/√3; for example 400V = 690/√3) will lie across the windings. The current Ih in towards the zero point becomes a phase current and accordingly a phase current will flow If = Ih through the windings. With the delta (Δ) connection, the beginning and ends become joined between the different phases, which then form a delta (Δ). As a result, there is a main voltage across the windings.
The current Ih into the motor is the main current. This becomes divided between the windings to give a phase current, Ih/√3 = If. The same motor can be connected as a 690 V star connection or 400 V delta connection. In both cases, voltage across the windings is 400 V.
A 690 V star connection has a lower current to the motor than a 400 V delta connection. The relation between the current levels is √3. With this, the motor plate might state 690/400 V (as an example). The star connection is for the higher voltage. As implied, the delta connection is for the lower. The current, also stated on the plate, shows the lower value for the star-connected motor and the higher for the delta-connected motor.
An electric motor's turning torque is an expression of the rotor turning capacity. Each motor has a maximum torque. A load above this torque means that the motor does not have the capability to rotate. With a normal load the motor works significantly below its maximum torque, however, the start sequence will involve an extra load. The characteristics of the motor are usually presented in a torque curve.
Để biến không khí thành khí nén, bạn cần công suất. Công suất này có ở dạng điện, và tạo ra bởi động cơ điện. Động cơ điện phổ biến nhất là động cơ cảm ứng lồng sóc ba pha. Loại động cơ này được sử dụng trong tất cả các loại ngành công nghiệp. Nó ít tiếng ồn và độ tin cậy, cao và vì vậy là một phần của hầu hết các hệ thống, bao gồm cả máy nén khí.
Các bộ phận chính của động cơ điện
Động cơ điện bao gồm hai bộ phận chính là stator-đứng yên, và rotor-quay. Stator tạo ra một từ trường quay và rotor chuyển đổi công suất này thành chuyển động, tức là năng lượng cơ học. Stator được kết nối với nguồn cung cấp điện ba pha. Dòng điện trong cuộn dây stator tạo ra từ trường lực quay, tạo ra dòng điện trong rotor và cũng tạo ra từ trường ở đó. Sự tương tác giữa từ trường của stator và rotor tạo ra mô men quay, từ đó làm cho trục rotor quay.
Tốc độ vòng quay
Nếu trục động cơ cảm ứng quay cùng tốc độ với từ trường, dòng điện cảm ứng trong rotor sẽ bằng không. Tuy nhiên, do các tổn thất khác nhau, ví dụ như vòng bi, điều này là không thể và tốc độ luôn xấp xỉ 1-5% dưới tốc độ đồng bộ từ trường (gọi là "trượt"). (Động cơ nam châm vĩnh cửu không tạo ra bất kỳ hoạt động trượt nào cả.)
n = tốc độ vòng quay ( vòng /phút)
f = Tần số điện áp cấp cho động cơ
P = số đôi cực của động cơ
Hiệu suất
Chuyển đổi công suất trong một động cơ không diễn ra mà không có tổn thất. Những tổn thất này là kết quả, trong số những thứ khác, tổn thất điện trở, tổn thất thông gió, tổn thất từ hóa và tổn thất ma sát
n = hiệu suất
p2 = Công suất đầu trục động cơ
p1 = Công suất điện cung cấp cho động cơ
Cấp độ cách điện
Vật liệu cách điện trong cuộn dây của động cơ được chia thành các cấp độ cách điện theo tiêu chuẩn IEC 60085, một tiêu chuẩn được công bố bởi Ủy Ban Kỹ Thuật Điện Quốc Tế. Một chữ cái tương ứng với temperaturenhiệt độ, là giới hạn trên cho khu vực ứng dụng cách ly, chỉ định mỗi cấp độ. Nếu giới hạn trên vượt quá 10 ° C trong một khoảng thời gian duy trì, tuổi thọ của vật liệu cách nhiệt được rút ngắn khoảng một nửa.
| Lớp cách điện | B |
F |
H |
Nhiệt độ (°C) tối đa của cuộn dây |
130 |
155 |
180 |
Nhiệt độ (°C) môi trường xung quanh |
40 |
40 |
40 |
Mức tăng nhiệt độ (°C) |
80 |
105 |
125 |
Giới hạn nhiệt độ (°C) |
10 |
10 |
15 |
Cấp độ bảo vệ
Các cấp độ bảo vệ, theo tiêu chuẩn IEC 60034-5, chỉ định cách động cơ được bảo vệ chống tiếp xúc và nước. Chúng được nêu với các chữ cái IP và hai chữ số. Chữ số đầu tiên nêu rõ sự bảo vệ chống lại sự tiếp xúc và xâm nhập của một vật thể rắn. Chữ số thứ hai cho biết sự bảo vệ chống lại nước.
Ví dụ, IP23 thể hiện: (2) bảo vệ chống lại các vật thể rắn lớn hơn 12 mm, (3) bảo vệ chống lại các tia nước trực tiếp lên đến 60 ° so với phương thẳng đứng. IP 54: (5) bảo vệ chống bụi, (4) bảo vệ chống nước phun từ mọi hướng. IP 55: (5) bảo vệ chống bụi, (5) bảo vệ chống lại các tia nước áp suất thấp từ mọi hướng
Các phương pháp làm mát
Các phương pháp làm mát theo tiêu chuẩn IEC 60034-6 chỉ định cách làm mát động cơ. Điều này được chỉ định với các chữ cái IC theo sau là một loạt các chữ số đại diện cho loại làm mát (không thông gió, tự thông gió, làm mát cưỡng bức) và chế độ làm mát hoạt động (làm mát bên trong, làm mát bề mặt, làm mát mạch kín, làm mát bằng chất lỏng, v.v. .).
Phương pháp lắp đặt
Qui định về phương pháp lắp đặt nêu rõ, theo tiêu chuẩn IEC 60034-7, cách lắp đặt động cơ. Điều này được chỉ định bởi các chữ cái IM và bốn chữ số. Ví dụ, IM 1001 đại diện cho: hai vòng bi, trục có đầu gối trục tự do và thân stator có chân. IM 3001: hai vòng bi, một trục có đầu gối trục tự do, thân stator không có chân và mặt bích lớn với các lỗ đảm bảo.
Đấu nối hình sao và đấu nối delta
Một động cơ điện ba pha có thể được kết nối theo hai cách: sao (Y) hoặc delta (Δ). Các pha của cuộn dây trong động cơ ba pha được đánh dấu U, V và W (U1-U2; V1-V2; W1-W2). Các tiêu chuẩn tại Hoa Kỳ tham chiếu đến T1, T2, T3, T4, T5, T6. Với kết nối sao (Y), "các đầu" của các pha của cuộn dây động cơ được nối với nhau để tạo thành một điểm không, trông giống như một ngôi sao (Y).
Một điện áp pha (điện áp pha = điện áp chính /√3; ví dụ 400V = 690/√3) sẽ nằm trên các cuộn dây. Dòng Ih hướng về điểm 0 trở thành dòng pha và theo đó dòng điện pha sẽ chảy If = Ih qua cuộn dây. Với kết nối delta (Δ), đầu và cuối được nối giữa các pha khác nhau, sau đó tạo thành một delta (Δ). Kết quả là, sẽ có một điện áp chính trên các cuộn dây. Dòng điện Ih vào động cơ là dòng điện chính và nó sẽ được chia giữa các cuộn dây để tạo ra dòng điện qua các dòng này, Ih /√3 = If.
Động cơ tương tự có thể được kết nối như kết nối sao 690 V hoặc kết nối delta 400 V. Trong cả hai trường hợp, điện áp trên các cuộn dây sẽ là 400 V. Dòng điện tới động cơ sẽ thấp hơn với kết nối sao 690 V so với kết nối delta 400 V. Mối quan hệ giữa các mức dòng điennẹ là √3. Trên tấm động cơ, ví dụ, có thể là 690/400 V. Điều này có nghĩa là kết nối sao được dành cho điện áp cao hơn và kết nối delta cho mức thấp hơn. Dòng điện, cũng có thể được nêu trên tấm, cho thấy giá trị thấp hơn cho động cơ kết nối sao và cao hơn cho động cơ kết nối delta.
Khái niệm mo-men xoắn
Mô-men xoắn quay của động cơ điện là một biểu hiện của công suất quay rô-to. Mỗi động cơ có một mô-men xoắn tối đa. Tải trọng trên mô-men xoắn này có nghĩa là động cơ không có khả năng quay. Tuy nhiên, với tải bình thường, động cơ hoạt động dưới mức mô-men xoắn cực đại đáng kể, trình tự khởi động sẽ liên quan đến tải bổ sung. Các đặc tính của động cơ thường được trình bày trong một đường cong mô-men xoắn.
Related articles
Thu hồi năng lượng trong Hệ thống Máy nén khí
30 tháng sáu, 2022
Khám phá cách thu hồi năng lượng từ nhiệt thải ra trong các hệ thống khí nén làm mát bằng nước hoặc làm mát bằng không khí. Chúng ta cùng xem xét tiềm năng thu hồi và các phương pháp thu hồi năng lượng khác nhau.
Công suất điện
5 tháng chín, 2022
Điện đóng vai trò lớn trong quá trình nén khí. Bài viết này đề cập về công suất điện; mối liên hệ giữa công suất hữu dụng, công suất phản kháng và công suất biểu kiến.