1. บทนำ

ในการผันน้ำ การควบคุมน้ำท่วมและการระบายน้ำ การบำบัดน้ำเสีย การชลประทานในพื้นที่การเกษตร การคุ้มครองสิ่งแวดล้อม ฯลฯ โครงการอนุรักษ์น้ำประตูปั๊มไหลขนาดใหญ่แบบยกต่ำถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยปกติแล้ว ปั๊มความเร็วต่ำส่วนใหญ่ที่ใช้ในโครงการอนุรักษ์น้ำดังกล่าวจะเป็นปั๊มความเร็วต่ำที่ต่ำกว่า 500r/min มอเตอร์ปั๊มน้ำที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส มอเตอร์ซิงโครนัส และมอเตอร์แบบจุ่มใต้น้ำแบบพิเศษ อย่างไรก็ตาม ความเร็วต่ำหลายระดับสามารถทำได้โดยการอาศัยมอเตอร์ความเร็วสูงที่เชื่อมต่อกับตัวลดขนาด เนื่องจากตัวลดมีการสูญเสียทางกลและสึกหรอง่าย ระบบปั๊มความเร็วต่ำประเภทนี้ยังส่งผลให้มีประสิทธิภาพต่ำ สิ้นเปลืองพลังงานสูง เสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนสูง ปริมาณมาก และการบำรุงรักษาสูง

อย่างไรก็ตาม มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมีข้อได้เปรียบในการใช้งานที่ไม่มีใครเทียบได้ในงานวิศวกรรมอนุรักษ์น้ำดังกล่าว มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรได้รับการออกแบบให้มีความเร็วต่ำและสามารถขับเคลื่อนใบพัดได้โดยตรง โดยไม่จำเป็นต้องใช้โครงสร้างลดขนาด ประสิทธิภาพของระบบโดยรวมอยู่ในระดับสูง เสียงและการสั่นสะเทือนมีน้อย และการทำงานมีความปลอดภัยและเชื่อถือได้มากขึ้น โดยร่วมมือกับระบบควบคุมพิเศษแม่เหล็กถาวรเพื่อสร้างระบบขับเคลื่อน โดยอาศัยข้อดีอย่างมากของการอนุรักษ์พลังงานและการปกป้องสิ่งแวดล้อม และได้กลายเป็นเทรนด์ใหม่ในการพัฒนาปั๊มความเร็วต่ำ

2. สถานะการใช้งานปัจจุบันของปั๊มหัวต่ำ อัตราการไหลสูง ความเร็วต่ำในโครงการอนุรักษ์น้ำ

2.1 ปั๊มไหลข้ามเพลาพร้อมมอเตอร์อะซิงโครนัส + ตัวลด

รูปแบบโครงสร้างและการใช้งานทางวิศวกรรมของปั๊มไหลข้ามเพลาพร้อมมอเตอร์อะซิงโครนัส + ตัวลดดังแสดงไว้ในรูปที่ 1 โดยทั่วไปแล้ว ปั๊มไหลข้ามเพลาแนวตั้งประเภทนี้จะขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ + ตัวลดแบบอะซิงโครนัส 4 ขั้วถึง 8 ขั้ว ความยาวแกนมีขนาดใหญ่ เกียร์ลดเกียร์สวมใส่ได้ง่าย และจำเป็นต้องเปลี่ยนน้ำมันหล่อลื่นเป็นประจำ งานบำรุงรักษามีขนาดใหญ่ ค่าบำรุงรักษาสูง และระบบมีประสิทธิภาพน้อยลง เนื่องจากมีการหมุนด้วยความเร็วสูงและชิ้นส่วนเสียดสี เสียงการสั่นสะเทือนจึงสูงและประสิทธิภาพของระบบต่ำ

2.2 ปั๊มเพลาเอียงขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์อะซิงโครนัสโดยตรง

รูปแบบโครงสร้างและการประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมของปั๊มเพลาเฉียงที่ขับเคลื่อนโดยตรงด้วยมอเตอร์อะซิงโครนัสแสดงไว้ในรูปที่ 2 ความเร็วของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสที่ใช้ในปั๊มเพลาเฉียงที่ขับเคลื่อนโดยตรงด้วยมอเตอร์อะซิงโครนัสประเภทนี้โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 200 ถึง 300r/นาที แม้ว่ามอเตอร์อะซิงโครนัสความเร็วต่ำจะขับเคลื่อนตัวลดโดยตรง แต่มอเตอร์อะซิงโครนัสหลายขั้วความเร็วต่ำจะได้รับผลกระทบจากโครงสร้าง เทคโนโลยี และการกระจายความร้อน โครงสร้างมอเตอร์มีความซับซ้อน กระบวนการทำได้ยาก และมอเตอร์มีขนาดใหญ่ มวล ประสิทธิภาพต่ำ และปัจจัยด้านกำลังมีขนาดเล็กมาก (โดยทั่วไปประมาณ 0.6 แม้ต่ำกว่าที่โหลดต่ำ และสูงด้วยซ้ำ - จำเป็นต้องกำหนดค่าการชดเชยพลังงานรีแอกทีฟกำลัง) ยิ่งไปกว่านั้น กระแสรีแอกทีฟของมอเตอร์มีขนาดใหญ่ ดังนั้น ความสามารถในการส่งและจ่ายกำลังจึงต้องเพิ่มขึ้นอย่างน้อย 1/3

2.3 ปั๊มไหลตามแกนแนวตั้งที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์อะซิงโครนัสความเร็วต่ำในแนวตั้ง

รูปแบบโครงสร้างและการประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมของปั๊มไหลตามแนวแกนแบบอะซิงโครนัสความเร็วต่ำที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์แนวตั้งแสดงไว้ในรูปที่ 3 ปั๊มไหลตามแนวแกนแนวตั้งชนิดนี้ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์อะซิงโครนัสความเร็วต่ำในแนวตั้งจะเหมือนกับปั๊มแกนเอียง ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์อะซิงโครนัสโดยตรง มอเตอร์หลายขั้วความเร็วต่ำมีโครงสร้างที่ซับซ้อน กระบวนการที่ยาก ขนาดใหญ่ มวลมาก ประสิทธิภาพต่ำ และตัวประกอบกำลังต่ำมาก

2.4 มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส + ตัวลดและมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสความเร็วต่ำที่ขับเคลื่อนด้วยปั๊มไหลข้ามแบบจุ่มใต้น้ำ

สำหรับมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส + ตัวลดและปั๊มไหลข้ามแบบจุ่มมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสความเร็วต่ำที่ขับเคลื่อนโดยตรง ปัญหาการสั่นสะเทือนของระบบและเสียงรบกวนสูงจะโดดเด่นกว่าและโครงสร้างมีความซับซ้อนมากขึ้น โครงสร้างของมอเตอร์อะซิงโครนัสความเร็วต่ำส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากมอเตอร์อะซิงโครนัสขนาดใหญ่ และปัญหาเช่นพื้นที่หน้าตัดของช่องการไหลที่ลดลงจะมีความโดดเด่นมากกว่า

3 ข้อดีอย่างมากของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรความเร็วต่ำและแรงบิดสูง

3.1 การพัฒนาและการประยุกต์ใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวร

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรเป็นอุปกรณ์ที่ใช้แม่เหล็กถาวรเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กกระตุ้นเพื่อให้เกิดการแปลงพลังงานไฟฟ้าเครื่องกล นับตั้งแต่การกำเนิดของวัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB ประสิทธิภาพสูงพร้อมคุณสมบัติแม่เหล็กที่สูงขึ้นและราคาค่อนข้างต่ำในปี 1983 จุดเน้นของการวิจัยและพัฒนาทั้งในและต่างประเทศได้เปลี่ยนมาใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรทางอุตสาหกรรมและพลเรือน ในช่วงสิบปีที่ผ่านมา มีการใช้งานที่ประสบความสำเร็จมากมายในอุตสาหกรรมต่างๆ ประสิทธิภาพของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร NdFeB ประสิทธิภาพสูงที่โหลดพิกัดนั้นสูงกว่ามอเตอร์ซิงโครนัสเหนี่ยวนำที่มีข้อกำหนดเดียวกัน 2% ~ 8% และสามารถรักษาประสิทธิภาพสูงและประสิทธิภาพสูงภายในช่วงโหลดพิกัดที่ 25%~120% ตัวประกอบกำลังขนาดใหญ่ทำให้ผลการประหยัดพลังงานมีความสำคัญมากขึ้นในระหว่างการทำงานของโหลดเบา

3.2 การเปรียบเทียบโครงสร้างสเตเตอร์และโรเตอร์ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรความเร็วต่ำและมอเตอร์อะซิงโครนัสความเร็วต่ำ

เพื่อวิเคราะห์คุณลักษณะของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรความเร็วต่ำและแรงบิดสูงเพิ่มเติม ต่อไปนี้คือการวิเคราะห์ข้อดีของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรโดยพิจารณาจากความแตกต่างในโครงสร้างเฉพาะของสเตเตอร์และโรเตอร์ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร 20 ขั้วและ มอเตอร์อะซิงโครนัส 20 ขั้ว รูปที่ 4 แสดงสเตเตอร์และโรเตอร์ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร และรูปที่ 5 แสดงสเตเตอร์และโรเตอร์ของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส

สเตเตอร์ของมอเตอร์อะซิงโครนัสโดยทั่วไปจะมีคอยล์มากกว่า 120 คอยล์ และแท่งทองแดงของโรเตอร์โดยทั่วไปจะมีแท่งทองแดงมากกว่า 100 แท่ง เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์แม่เหล็กถาวร กระบวนการสเตเตอร์และโรเตอร์ของมอเตอร์อะซิงโครนัสมีความซับซ้อนมากกว่ามาก ทำให้ผู้ผลิตมอเตอร์ทั่วไปผลิตมอเตอร์เหล่านี้ได้ยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อโรเตอร์มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสหมุน แถบทองแดงของโรเตอร์มีแรงดันไฟฟ้าต่ำและกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ โรเตอร์ยังมีกระแสหมุนวนและสร้างความร้อนจำนวนมาก ซึ่งทำให้เกิดปัญหาการกระจายความร้อนที่ยุ่งยาก (โดยทั่วไปจะใช้การส่งออกแนวรัศมีและแนวแกนไปนอกร่างกาย และมาตรการกระจายความร้อนอื่น ๆ ที่ครอบคลุม) จะต้องเพิ่มปริมาตรโรเตอร์ โรเตอร์ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรไม่จำเป็นต้องกระจายความร้อน ซึ่งช่วยให้กระบวนการและโครงสร้างง่ายขึ้นอย่างมาก และยังช่วยเพิ่มความปลอดภัยและความน่าเชื่อถืออีกด้วย

3.3 ข้อดีของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรความเร็วต่ำที่ใช้ในปั๊มความเร็วต่ำ

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรความเร็วต่ำใช้ในปั๊มความเร็วต่ำและมีข้อดีดังต่อไปนี้:

20 ขนาดเล็ก มวลน้อย ติดตั้งง่าย ข้อกำหนดต่ำสำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกขั้นพื้นฐานและอื่น ๆ ตัวอย่างเช่น มวลของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรความเร็วต่ำ 300 ขั้ว 1r/min จะเทียบเท่ากับ 2/1 ถึง 3/XNUMX ของมอเตอร์อะซิงโครนัสที่มีความเร็วเท่ากันเท่านั้น

96. ประหยัดพลังงานและมีประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพทั่วไปของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรสูงกว่า 0.97% และตัวประกอบกำลังสูงกว่า 92 ในขณะที่ประสิทธิภาพของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสต่ำกว่า 0.66% และตัวประกอบกำลังอยู่ที่ประมาณ XNUMX

3 การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนต่ำ การยกต่ำและปั๊มความเร็วต่ำไหลขนาดใหญ่ใช้ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ไม่มีชิ้นส่วนที่ทำงานด้วยความเร็วสูง ตัวมอเตอร์มีเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนต่ำ ในเวลาเดียวกัน ตัวลดและอุปกรณ์ส่งสัญญาณอื่น ๆ ก็จะถูกกำจัดออกไป ลดเกียร์และอุปกรณ์ส่งสัญญาณอื่น ๆ ออกไป ลดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน ทำให้ระบบส่งกำลังทั้งหมดมีการสั่นสะเทือนและเสียงดังน้อยลง

④ เนื่องจากโครงสร้างที่เรียบง่ายของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร จึงไม่มีปัญหาการกระจายความร้อนในโรเตอร์ ดังนั้นการทำงานจึงปลอดภัยและเชื่อถือได้มากขึ้น และงานบำรุงรักษามีน้อย

⑤ ง่ายต่อการควบคุมอย่างชาญฉลาดโดยใช้ตัวแปลงความถี่พิเศษ การควบคุมความเร็วที่สะดวก ฟังก์ชั่นการป้องกันข้อผิดพลาดที่สมบูรณ์ แรงบิดเริ่มต้นขนาดใหญ่ ช่วงการควบคุมความเร็วที่กว้าง และการทำงานของระบบที่ปลอดภัยและมีเสถียรภาพ

⑥เนื่องจากโรเตอร์ไม่มีกระแสเหนี่ยวนำ โรเตอร์จึงไม่สร้างความร้อน มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นต่ำ และกระจายความร้อนได้ง่าย

⑦ เนื่องจากกระแสรีแอกทีฟมีขนาดเล็กมาก กระแสรวมของมอเตอร์จึงน้อยกว่ามอเตอร์อะซิงโครนัสมากกว่า 1/3 ซึ่งสามารถลดข้อกำหนดด้านความจุสำหรับการส่งและจ่ายพลังงานต้นทาง (รวมถึงหม้อแปลง สวิตช์ สายเคเบิล ฯลฯ) และลดการลงทุนในระบบส่งและจำหน่ายไฟฟ้า