Porównanie silników klatkowych i silników z wirnikiem uzwojonym dla przemysłu

W rozległym krajobrazie automatyki przemysłowej i systemów zasilania, silniki indukcyjne stanowią kręgosłup mocy mechanicznej. Wśród różnych typów, silniki indukcyjne klatkowe i pierścieniowe (z pierścieniami ślizgowymi) wyróżniają się odmiennymi strukturami i charakterystykami pracy. Ten artykuł zawiera dogłębną analizę tych dwóch typów silników, aby pomóc w optymalnym doborze do różnych zastosowań.

Silnik klatkowy charakteryzuje się wirnikiem przypominającym jego nazwę - cylindrycznym rdzeniem żelaznym laminowanym z równomiernie rozmieszczonymi prętami aluminiowymi lub miedzianymi. Pręty te są trwale zwarte przez pierścienie końcowe, tworząc obwód zamknięty bez szczotek, pierścieni ślizgowych ani połączeń zewnętrznych.

Kluczowe cechy konstrukcyjne obejmują:

• Pręty skośne: Zapobiegają blokowaniu magnetycznemu między zębami stojana i wirnika
• Redukcja hałasu: Minimalizuje szumy magnetyczne i harmoniczne szczelin
• Ulepszony moment rozruchowy: Zapewnia płynne oddawanie momentu obrotowego podczas rozruchu

Silniki z wirnikiem uzwojonym wykorzystują trójfazowe uzwojenie podobne do stojana. Uzwojenie wirnika łączy się w konfiguracji gwiazdy, z trzema zaciskami wyprowadzonymi przez pierścienie ślizgowe. Szczotki węglowe utrzymują stały kontakt z tymi pierścieniami, umożliwiając podłączenie zewnętrznego rezystora do obwodu wirnika.

• Moment rozruchowy: Klatkowy (1,5-2x obciążenie znamionowe) vs. wirnik uzwojony (2-2,5x)
• Prąd rozruchowy: Klatkowy (5-7x obciążenie znamionowe) vs. wirnik uzwojony (2,5-3,5x)

• Klatkowy: Ograniczone opcje wymagające urządzeń zewnętrznych, takich jak falowniki
• Wirnik uzwojony: Płynna regulacja prędkości (50-100% prędkości synchronicznej) za pomocą rezystancji zewnętrznej

• Klatkowy: Wydajność 90-95% dzięki minimalnym stratom w wirniku
• Wirnik uzwojony: Wydajność 85-90% wpływa tarcie szczotek i straty miedzi

• Klatkowy: 0,8-0,9 przy pełnym obciążeniu
• Wirnik uzwojony: 0,6-0,8 ze względu na dodatkową reaktancję

• Klatkowy: Pręty aluminiowe/miedziane z laminowanym rdzeniem żelaznym
• Wirnik uzwojony: Izolowane uzwojenia miedziane z zespołem pierścieni ślizgowych

Szczelina powietrzna stojana-wirnika wpływa na prąd wzbudzenia, współczynnik mocy, zdolność do przeciążeń i chłodzenie. Większe szczeliny poprawiają chłodzenie, ale zwiększają zapotrzebowanie na prąd wzbudzenia.

• Bezpośrednio do sieci (DOL) dla małych silników
• Rozruch gwiazda-trójkąt dla średnich silników
• Rozruch autotransformatorem dla dużych silników

Rozruch z rezystancją wirnika zapewnia wysoki moment rozruchowy z ograniczonym prądem, stopniowo zmniejszając rezystancję w miarę przyspieszania silnika.

• Wentylatory i dmuchawy
• Pompy odśrodkowe
• Sprężarki
• Systemy przenośników

• Żurawie i wciągniki
• Windy
• Młyny kulowe
• Duże pompy/wentylatory wymagające łagodnego rozruchu

• Klatkowy: Minimalne (smarowanie łożysk, kontrola wibracji)
• Wirnik uzwojony: Częste (wymiana szczotek, konserwacja pierścieni ślizgowych)

Silniki klatkowe sprawdzają się w zastosowaniach o stałej prędkości, gdzie prostota i niezawodność są najważniejsze. Silniki z wirnikiem uzwojonym pozostają niezbędne w zastosowaniach wymagających wysokiego momentu rozruchowego, precyzyjnej regulacji prędkości lub możliwości łagodnego rozruchu, pomimo wyższych kosztów początkowych i wymagań konserwacyjnych.