Guia de motores elétricos de corrente contínua: seleção, especificações e decisões de retrofit

400kW motor elétrico de corrente contínua em uma máquina de papel, a extremidade úmida mantém a velocidade dentro de 0,1% em uma faixa de 20:1, porque a tensão da armadura define a velocidade enquanto a corrente de campo define o torque. Essa divisão é a razão pela qual as máquinas CC ainda são encomendadas para rebobinagens, guinchos, extrusoras e moinhos reversíveis, embora os inversores CA de frequência variável ganhem quase todos os projetos greenfield. A questão restrita que a maioria das fábricas enfrenta é diferente: um motor CC ainda é a resposta certa para uma máquina acionada específica e o que pertence à especificação para mantê-la funcionando por mais quinze anos?

O dever de retrofit domina este segmento do mercado. Quando uma estrutura, acoplamento, caixa de engrenagens e fundação foram todos dimensionados em torno de uma máquina CC, trocar um motor CA mais um inversor geralmente significa reusinar a interface mecânica, redirecionar as bandejas de cabos e revalidar o modelo de torque em um processo que não pode permitir uma interrupção longa. Manter o motor existente e substituir o conversor, a alimentação de campo e o dispositivo de feedback costuma ser o caminho mais curto de volta à produção.

O restante deste guia aborda o que é um motor CC, onde ele ainda supera um inversor CA, quais números decidem a especificação, como essas máquinas falham e como comprar uma sem herdar os problemas de outra planta.

O que realmente é um motor elétrico de corrente contínua

Um motor elétrico de corrente contínua é uma máquina rotativa que converte energia elétrica CC em torque mecânico, alimentando a corrente através de um comutador e conjunto de escovas no enrolamento da armadura, enquanto um enrolamento de campo fornecido separadamente estabelece o fluxo magnético. O torque é proporcional à corrente de armadura multiplicada pelo fluxo de campo; a velocidade aumenta com a tensão da armadura e cai à medida que o fluxo de campo aumenta. Como essas duas variáveis ​​vêm de fontes de energia independentes, a máquina fornece torque nominal quando parada e mantém uma velocidade definida sem um modelo de rotor.

Cinco assembleias carregam tudo o que importa no serviço:

• Pólos de estrutura e campo, que transportam o fluxo principal e, em estruturas maiores, um enrolamento de compensação que cancela a reação da armadura sob a face do pólo.
• Interpolos, conectados em série com a armadura, que invertem a corrente em uma bobina à medida que ela passa pela escova e mantêm a comutação livre de faíscas.
• A armadura laminada, cujo enrolamento converte corrente em torque.
• Engrenagem do comutador e da escova, as únicas peças que se desgastam em serviço normal.
• O circuito de resfriamento, geralmente IC06 ventilado separadamente ou IC17 ar-ar em estruturas grandes, e IC411 em estruturas menores.

Máquinas excitadas separadamente precisam de uma alimentação de campo rígida: uma corrente de campo que cai durante uma queda de tensão na planta altera o fluxo, altera a velocidade e pode levar a borda da escova a produzir faíscas em poucos ciclos. O hardware de excitação estática que mantém a corrente de campo estável sob variação de alimentação é o que mantém a comutação e a estabilidade da velocidade previsíveis durante uma longa vida útil.

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Onde um motor elétrico de corrente contínua ainda supera um inversor CA

Um motor CC é a melhor escolha em quatro situações específicas: o torque total é necessário na velocidade zero, a faixa de torque constante é maior que 10:1, uma interface mecânica existente deve ser preservada até a chaveta do eixo ou a carga precisa de um torque de ruptura muito alto sem uma caixa de engrenagens. Fora desses casos, um motor de indução com acionamento controlado por vetor é mais barato para comprar, mais barato para manter e mais eficiente para operar.

No chão de fábrica, as tarefas do CD que sobrevivem seguem um padrão previsível:

Nenhuma dessas funções é escolhida pela eficiência. Eles são escolhidos porque a máquina acionada, a janela do processo ou o orçamento de interrupção não deixam uma maneira mais barata de manter o mesmo desempenho.

Os números que decidem a especificação de um motor DC

Cinco valores decidem a maioria das especificações do motor DC: tensão de armadura, tensão de campo, velocidade base, velocidade máxima e o torque necessário na velocidade zero. O resfriamento, a classe de isolamento, a classificação do gabinete e o tipo de feedback dependem do ciclo de trabalho e do ambiente ao redor da máquina.

A tensão da armadura é normalmente fixada pelo conversor que alimentará o motor, portanto é a primeira restrição a ser confirmada e não a última. A ondulação é tão importante quanto o valor nominal: a alta ondulação de um conversor de carga leve aumenta o aquecimento da armadura e reduz a vida útil do filme do comutador, razão pela qual o ciclo de trabalho e a classificação do conversor são especificados juntos.

Esses pontos são reais, mas raramente decidem o projeto por conta própria. Um retrofit que reaproveita o motor existente evita trabalhos mecânicos, tempo de comissionamento e riscos de processo; a penalidade de energia é recuperada apenas após anos de funcionamento contínuo. Quando uma máquina funciona 8.000 horas por ano, as mudanças aritméticas e o cálculo do ciclo de vida completo fazem parte do caso de negócios.

Como um motor DC falha e quanto custa

Uma máquina DC raramente morre no enrolamento; ele morre no comutador. O desgaste das escovas, a quebra da película, as faíscas e as descargas elétricas são responsáveis ​​pela maior parte dos tempos de inatividade não planejados dos motores CC, e cada um deles se desenvolve lentamente o suficiente para ser detectado por uma inspeção programada.

• Análise do filme do comutador. O grau errado da escova, a baixa umidade ou o ar de resfriamento contaminado removem a película de óxido e surgem faíscas em semanas.
• Desgaste e vibração da escova. A perda de pressão da mola, um comutador oval ou a vibração da máquina aceleram o desgaste e deixam marcas irregulares nas escovas.
• Flashover. Uma sobrecarga repentina ou perda de campo forma um arco nos braços das escovas e geralmente termina com um comutador no local ou em uma oficina.
• Interpolo e compensação de falhas nos enrolamentos. Uma conexão solta ou um curto-circuito aparecem como fortes faíscas sob carga, e não sem carga.
• Envelhecimento do isolamento. O serviço cíclico e o ciclo térmico fragilizam o isolamento da armadura muito antes de os rolamentos reclamarem.
• Contaminação. Pó de carbono, névoa de óleo e umidade no ar de resfriamento atacam tanto o isolamento quanto o filme, e em linhas de papel ou alimentos o pó de carbono torna-se um problema de qualidade do produto.

Esta é também a razão pela qual uma reconstrução é uma resposta legítima. Rebobinar, desnatar e recolocar uma armadura CC e, em seguida, reajustar a engrenagem da escova de acordo com os desenhos originais, muitas vezes custa uma fração de um motor novo e mantém a interface mecânica intacta. A decisão depende da condição dos risers do comutador e se o núcleo e o eixo originais ainda estão dentro da tolerância.

Como especificar e fornecer um motor DC sem se queimar

Comece pela máquina acionada e não pela placa de identificação antiga. Uma substituição que corresponda à placa de identificação, mas ignore o acoplamento, o ciclo de trabalho e as condições ambientais, é o tipo de correção mais caro.

1. Registre a interface mecânica: diâmetro e extensão do eixo, rasgo de chaveta, flange ou padrão de pé, altura central e qualquer freio ou tacômetro montado na extremidade não acionada.
2. Anote o ciclo de trabalho: contínuo ou intermitente, partidas por hora, ciclos de reversão, temperatura ambiente, altitude e quanto tempo a máquina funciona abaixo da velocidade base.
3. Corrija o envelope elétrico antes de solicitar preços: tensão de armadura disponível no conversor, tensão de campo, tipo de dispositivo de feedback e se o conversor será mantido ou substituído.
4. Defina os requisitos térmicos e de proteção: classe de isolamento F com aumento de classe B como mínimo, uma classificação IP compatível com poeira e lavagem, aquecedores de ambiente, RTDs e um desarme de temperatura do enrolamento.
5. Combine o pacote de peças sobressalentes e documentação: classe e conjunto de escovas, molas, suportes, procedimento de manutenção do comutador, relatório de teste de fábrica e desenho dimensional.

O serviço em áreas perigosas adiciona mais uma camada. Uma máquina DC com engrenagem de escova em uma área de Zona 1 é normalmente fornecida em um invólucro à prova de chamas, e o escopo da certificação deve cobrir a caixa de terminais, os aquecedores de ambiente e o tacômetro, bem como o próprio motor. Comprar o motor, o fornecimento local e o equipamento de partida como um pacote combinado elimina a maior parte do risco de integração; Shanghai Pinxing Explosion-proof Motor Co., Ltd. constrói gamas de motores de alta tensão, baixa tensão e à prova de explosão, bem como DC e hardware de controle em torno deles, e seu instalações de projeto documentadas mostram o que os equipamentos enfrentam em plantas de carvão, petroquímicas e metalúrgicas.

Os retrofits raramente param no motor. Se a fonte de controle CC da planta for mais antiga que o inversor que ela alimenta, a substituição do hardware de distribuição na mesma interrupção evita um segundo desligamento mais tarde no mesmo ano.

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Perguntas frequentes sobre motores elétricos de corrente contínua

Para que serve um motor elétrico de corrente contínua?

Ele aciona cargas que precisam de torque total em velocidade zero ou em uma ampla faixa de torque constante: suportes reversíveis de moinhos, seções de máquinas de papel, talhas de minas, extrusoras, talhas de guindaste e pequenos acionamentos magnéticos permanentes em equipamentos alimentados por bateria.

Um motor DC é melhor do que um motor AC com VFD?

Para novas instalações, não. Um motor CA com acionamento vetorial é mais eficiente e não precisa de manutenção nas escovas. Para uma máquina CC existente dentro de uma interface mecânica fixa, manter o motor CC é muitas vezes mais rápido e mais barato do que reusinar o trem de força.

Quanto tempo dura um motor DC?

Quinze anos ou mais é normal com inspeção programada de escovas, verificações de película e limpeza periódica do comutador. O fator limitante geralmente é a condição do comutador e do isolamento, e não a vida útil.

Um motor DC pode ser usado em uma área perigosa?

Sim, normalmente em um invólucro à prova de chamas com escovas, caixa de terminais e acessórios certificados. O escopo da certificação deve abranger todos os componentes adicionados à máquina, incluindo aquecedores de ambiente e dispositivos de feedback de velocidade.