Poradnik dotyczący pozyskiwania silników bezszczotkowych o dużej prędkości: prędkość, moment obrotowy, margines termiczny i trwałość łożysk

Pozyskiwanie silników bezszczotkowych

Wysokoobrotowe silniki bezszczotkowe: prędkość podana na etykiecie to łatwa część

Moment obrotowy, margines termiczny i trwałość łożyska decydują o tym, czy szybki silnik nadal będzie działał po 5000 godzin.

Schemat powtarza się w przypadku zaopatrzenia w urządzenia. Dostarczono dwa silniki do okapów kuchennych z ofertami, jeden przy 2400 obr./min, a drugi przy 1100 obr./min. Szybsza jednostka wydaje się oczywistym zakupem. Następnie przeprowadzany jest test przepływu powietrza z podłączonym wirnikiem, filtrem tłuszczu i oporem kanału. Zmierzony w tym punkcie pracy, szybki silnik osiąga niższe ciśnienie statyczne, nagrzewa się bardziej i generuje pisk, który kupujący zauważają w salonie.

Szybkość w arkuszu danych to punkt wyjścia, a nie wynik. Wysokoobrotowy silnik bezszczotkowy jest wart swojej ceny tylko wtedy, gdy utrzymuje prędkość potrzebną Twojemu produktowi przy obciążeniu, w temperaturze otoczenia i w całym rzeczywistym cyklu pracy, a także gdy układ łożysk, wyważenie wirnika i sterownik zostały wybrane tak, aby wytrzymać prędkość deklarowaną na etykiecie.

Prędkości, które mają znaczenie: trzy liczby zamiast jednej

Silnik bezszczotkowy jest komutowany elektronicznie, co oznacza, że wirnik podąża za polem wytwarzanym przez sterownik. Nie może pracować szybciej niż napięcie i prąd dostarczany przez przemiennik i nie może utrzymać prędkości bez wystarczającego momentu obrotowego, aby przeforsować obciążenie. Dlatego pojedyncza liczba obrotów na minutę nie opisuje prawie niczego.

Prędkość mechaniczna wyznacza również częstotliwość elektryczną. Czterobiegunowy silnik, który ma dwie pary biegunów, obracając się z prędkością 6000 obr./min, wytwarza częstotliwość podstawową 200 Hz. Straty w żelazie, prądy wirowe i straty przełączania szybko rosną powyżej tej wartości, więc sterownik musi przełączać znacznie powyżej wartości podstawowej, aby zachować czysty przebieg prądu i płynne obracanie się wirnika.

Dlaczego konstrukcje bezszczotkowe utrzymują prędkość lepiej niż silniki szczotkowe lub indukcyjne

Silnik szczotkowy traci prędkość wraz ze wzrostem obciążenia, ponieważ interfejs szczotka-komutator zwiększa opór i iskrzenie, a szczotki zużywają się najszybciej przy dużej prędkości, czyli dokładnie tam, gdzie wymagana jest niezawodność w zastosowaniach wymagających dużych prędkości. Silnik indukcyjny z zacienionymi biegunami lub zasilany kondensatorem ślizga się w stosunku do prędkości synchronicznej, a poślizg ten zmienia się wraz z napięciem zasilania, więc 10-procentowy spadek napięcia staje się spadkiem przepływu powietrza, który może usłyszeć klient. Silnik bezszczotkowy ustawia prędkość w sterowniku, więc ten sam ugięcie objawia się raczej niewielkim opadaniem, a nie zablokowaniem wirnika.

• Brak szczotek i komutatora, dzięki czemu nie ma pyłu węglowego w okapie kuchennym lub chłodnicy powietrza, a okres wymiany szczotek nie jest określony w dokumencie gwarancyjnym.
• Wyższa wydajność w punkcie pracy: dobrze dobrany bezszczotkowy silnik wentylatora zwykle pracuje w zakresie od 80 do 90 procent, w porównaniu z około 20 do 35 procent w przypadku silnika z zacienionymi biegunami i 40 do 60 procent w przypadku silnika indukcyjnego zasilanego kondensatorem.
• Elektroniczna kontrola prędkości, dzięki czemu kilka stopni prędkości pochodzi z jednego silnika bez uzwojeń zaczepowych, przekładni lub mechanicznego amortyzatora.
• Przewidywalna trwałość, ponieważ punkty awarii przechodzą od styku szczotek do łożysk, które można wybrać i nasmarować w celu uzyskania zamierzonej żywotności.

Mały silnik bezszczotkowy rzadko umiera z powodu samej prędkości. Umiera pod wpływem ciepła, obciążenia łożysk i wyważenia wirnika, czyli trzech rzeczy, które utrudniają szybka i kompaktowa konstrukcja.

Pomaga także sortować kandydatów według zasady działania przed ceną. Główne kategorie małych silników elektrycznych zachowują się zupełnie inaczej, gdy w grę wchodzą zakres napięcia, cykl pracy i częstotliwość start-stop.

Dobór szybkiego silnika bezszczotkowego do rzeczywistych obciążeń

Poniższa sekwencja zapobiega większości zwrotów terenowych, a udzielenie odpowiedzi kosztuje dostawcę bardzo niewiele.

1. Najpierw napraw punkt pracy. Zapisz wymaganą prędkość przy podłączonym pełnym obciążeniu, moment obrotowy lub ciśnienie statyczne przy tej prędkości oraz akceptowalny zakres napięcia zasilania, łącznie z najgorszym przypadkiem minus 10 procent.
2. Zamień prędkość na częstotliwość elektryczną. Pomnóż obroty przez liczbę par biegunów i podziel przez 60, a następnie potwierdź, że proponowany sterownik, częstotliwość przełączania i schemat czujników mogą skutecznie zapewnić te podstawowe.
3. Sprawdź margines termiczny, a nie tylko wzrost temperatury. Klasy izolacji takie jak B w temperaturze 130 stopni Celsjusza lub F w temperaturze 155 stopni to wartości graniczne, a nie cele robocze, a smar łożyskowy ma swój własny pułap.
4. Dopasuj interfejs mechaniczny. Średnica wału, bicie, luz końcowy, sztywność mocowania i stopień wyważenia wirnika często decydują o poziomie hałasu i trwałości łożyska w większym stopniu niż konstrukcja uzwojenia.
5. Wspólnie sprawdź kontrolę i EMC. Wyższa częstotliwość przełączania poprawia jakość prądu, ale pogarsza emisję, a urządzenia gospodarstwa domowego zwykle jako kompletny produkt muszą spełniać limity CISPR 14-1.

Kiedy projekt przekształca silnik indukcyjny w elektronikę, porównanie rozmiaru ramy, prędkości znamionowej i rodzaju sterowania w istniejącej linii silnika prądu stałego jest zwykle szybsze niż projektowanie od pustej strony.

Okapy kuchenne: tam, gdzie szybkie silniki bezszczotkowe opłacają się w pierwszej kolejności

Wydech kuchenny jest najczystszym przypadkiem, ponieważ jeden silnik musi pracować cicho przy niskiej prędkości podczas gotowania na wolnym ogniu i mocno dociskać przy dużej prędkości podczas smażenia. Bezszczotkowy silnik okapu kuchennego zapewnia kilka stopni prędkości z jednego urządzenia i utrzymuje użyteczną wydajność na najniższym poziomie, gdzie silnik indukcyjny z gwintem jest zwykle najmniej wydajny. Jest również chłodniejszy i mniejszy, co pomaga w smukłych maskach i obniża poziom hałasu oceniany przez klientów w salonie wystawowym.

Należy spodziewać się, że wirnik będzie obracał się z prędkością około 1000 do 2500 obr./min w okapach domowych, a wał silnika będzie pracował szybciej w konstrukcjach z napędem bezpośrednim. Zapytaj o krzywą ciśnienia i objętości dla każdego stopnia prędkości, a nie o pojedynczą wartość maksymalnego przepływu powietrza, ponieważ opór kanału decyduje o tym, czego faktycznie doświadcza klient w prawdziwej kuchni.

Chłodnice powietrzne i chłodnice wyparne: długie godziny pracy, wilgotne powietrze, stała prędkość

Chłodnica powietrza pracuje godzinami, często w wilgotnym powietrzu obok mokrej podkładki. Szczotki słabo sprawdzają się w takim środowisku, ponieważ pył węglowy i wilgoć źle się łączą, a zużycie szczotek objawia się powolną utratą prędkości, co użytkownicy postrzegają jako słabą maszynę. Bezszczotkowy silnik chłodnicy powietrza całkowicie eliminuje interfejs szczotek, umożliwia stopniową lub bezstopniową kontrolę prędkości i utrzymuje stały przepływ powietrza w miarę zmian napięcia sieciowego w ciągu dnia.

W przypadku tego zadania należy zapytać o obróbkę izolacyjną w wilgotnych warunkach, ochronę przed zachlapaniami na korpusie silnika oraz o parametry pracy ciągłej, a nie przerywanej. Silnik przystosowany do krótkich serii wygląda atrakcyjnie pod względem ceny i rozczarowuje w terenie.

Co należy sprawdzić przed złożeniem zamówienia zbiorczego

• Praca długodystansowa w najgorszych warunkach otoczenia, zarówno przy najwyższej, jak i najniższej zalecanej prędkości, przez okres odzwierciedlający gwarancję produktu.
• Cykl start-stop przy najniższym napięciu zasilania, jakie urządzenie kiedykolwiek spotka.
• Hałas mierzony w dB(A) na metr przy każdym stopniu prędkości, a nie tylko przy maksymalnej.
• Temperatury uzwojenia i łożysk przy najniższej prędkości, gdzie samochłodzenie jest najsłabsze.
• Zachowanie zabezpieczające: bezpiecznik termiczny, zabezpieczenie impedancyjne lub odcięcie sterownika oraz działanie urządzenia w przypadku zadziałania zabezpieczenia.

Wysokoobrotowe silniki bezszczotkowe nie są automatycznie lepsze od alternatyw. Są lepsze, gdy prędkość jest dostosowana do obciążenia, margines termiczny jest sprawdzany przy najwolniejszym i najszybszym ustawieniu, a system łożysk jest dobrany na cały okres eksploatacji urządzenia. Kupujący, którzy określają punkt pracy, żądają krzywej zamiast wartości szczytowej i testują próbki w najgorszych warunkach, zwykle otrzymują silnik, który pozostaje cichy, utrzymuje przepływ powietrza przez lata i kosztuje mniej w utrzymaniu niż tańsza jednostka, którą zastępuje.