Πώς να επιλέξετε κινητήρα βιομηχανικού αυτοματισμού;

Υπάρχουν τέσσερις τύποι φορτίων κινητήρα βιομηχανικού αυτοματισμού:

1, Ρυθμιζόμενη ιπποδύναμη και σταθερή ροπή: Οι εφαρμογές μεταβλητής ιπποδύναμης και σταθερής ροπής περιλαμβάνουν μεταφορικούς ιμάντες, γερανούς και γραναζωτές αντλίες. Σε αυτές τις εφαρμογές, η ροπή είναι σταθερή επειδή το φορτίο είναι σταθερό. Η απαιτούμενη ιπποδύναμη μπορεί να διαφέρει ανάλογα με την εφαρμογή, γεγονός που καθιστά τους κινητήρες AC και DC σταθερής ταχύτητας μια καλή επιλογή.

2, Μεταβλητή ροπή και σταθερή ιπποδύναμη: Ένα παράδειγμα εφαρμογών μεταβλητής ροπής και σταθερής ιπποδύναμης είναι η μηχανική επανατύλιξη χαρτιού. Η ταχύτητα του υλικού παραμένει η ίδια, πράγμα που σημαίνει ότι η ιπποδύναμη δεν αλλάζει. Ωστόσο, καθώς η διάμετρος του ρολού αυξάνεται, το φορτίο αλλάζει. Σε μικρά συστήματα, αυτή είναι μια καλή εφαρμογή για κινητήρες συνεχούς ρεύματος ή σερβοκινητήρες. Η αναγεννητική ισχύς αποτελεί επίσης ένα ζήτημα και θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον προσδιορισμό του μεγέθους ενός βιομηχανικού κινητήρα ή την επιλογή μιας μεθόδου ελέγχου ενέργειας. Οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος με κωδικοποιητές, έλεγχο κλειστού βρόχου και μονάδες πλήρους τεταρτημορίου μπορεί να ωφελήσουν μεγαλύτερα συστήματα.

3, ρυθμιζόμενη ιπποδύναμη και ροπή: οι ανεμιστήρες, οι φυγοκεντρικές αντλίες και οι αναδευτήρες χρειάζονται μεταβλητή ιπποδύναμη και ροπή. Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα ενός βιομηχανικού κινητήρα, αυξάνεται και η ισχύς φορτίου με την απαιτούμενη ιπποδύναμη και ροπή. Αυτοί οι τύποι φορτίων είναι το σημείο όπου ξεκινά η συζήτηση για την απόδοση του κινητήρα, με τους μετατροπείς να φορτίζουν κινητήρες AC χρησιμοποιώντας μετατροπείς μεταβλητής ταχύτητας (VSD).

4, έλεγχος θέσης ή έλεγχος ροπής: Εφαρμογές όπως οι γραμμικές κινήσεις, οι οποίες απαιτούν ακριβή κίνηση σε πολλαπλές θέσεις, απαιτούν έλεγχο σφιχτής θέσης ή ροπής και συχνά απαιτούν ανατροφοδότηση για την επαλήθευση της σωστής θέσης του κινητήρα. Οι σερβοκινητήρες ή οι βηματικοί κινητήρες είναι η καλύτερη επιλογή για αυτές τις εφαρμογές, αλλά οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος με ανατροφοδότηση ή οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος με φορτίο μετατροπέα με κωδικοποιητές χρησιμοποιούνται συνήθως σε γραμμές παραγωγής χάλυβα ή χαρτιού και παρόμοιες εφαρμογές.

Διαφορετικοί τύποι βιομηχανικών κινητήρων

Παρόλο που υπάρχουν περισσότεροι από 36 τύποι κινητήρων AC/DC που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές, παρόλο που υπάρχουν πολλοί τύποι κινητήρων, υπάρχει μεγάλη επικάλυψη στις βιομηχανικές εφαρμογές και η αγορά έχει πιέσει για την απλοποίηση της επιλογής κινητήρων. Αυτό περιορίζει την πρακτική επιλογή κινητήρων στις περισσότερες εφαρμογές. Οι έξι πιο συνηθισμένοι τύποι κινητήρων, κατάλληλοι για τη συντριπτική πλειοψηφία των εφαρμογών, είναι οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες και με ψήκτρες, οι κινητήρες AC με κλωβό και ρότορα περιέλιξης, οι σερβοκινητήρες και οι βηματικοί κινητήρες. Αυτοί οι τύποι κινητήρων είναι κατάλληλοι για τη συντριπτική πλειοψηφία των εφαρμογών, ενώ άλλοι τύποι χρησιμοποιούνται μόνο για ειδικές εφαρμογές.

Τρεις κύριοι τύποι εφαρμογών βιομηχανικών κινητήρων

Οι τρεις κύριες εφαρμογές των βιομηχανικών κινητήρων είναι η σταθερή ταχύτητα, η μεταβλητή ταχύτητα και ο έλεγχος θέσης (ή ροπής). Διαφορετικές καταστάσεις βιομηχανικού αυτοματισμού απαιτούν διαφορετικές εφαρμογές και προβλήματα, καθώς και τα δικά τους σύνολα προβλημάτων. Για παράδειγμα, εάν η μέγιστη ταχύτητα είναι μικρότερη από την ταχύτητα αναφοράς του κινητήρα, απαιτείται κιβώτιο ταχυτήτων. Αυτό επιτρέπει επίσης σε έναν μικρότερο κινητήρα να λειτουργεί με πιο αποτελεσματική ταχύτητα. Ενώ υπάρχει πληθώρα πληροφοριών στο διαδίκτυο σχετικά με τον τρόπο προσδιορισμού του μεγέθους ενός κινητήρα, υπάρχουν πολλοί παράγοντες που πρέπει να λάβουν υπόψη οι χρήστες, επειδή υπάρχουν πολλές λεπτομέρειες που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Ο υπολογισμός της αδράνειας φορτίου, της ροπής και της ταχύτητας απαιτεί από τον χρήστη να κατανοήσει παραμέτρους όπως η συνολική μάζα και το μέγεθος (ακτίνα) του φορτίου, καθώς και η τριβή, η απώλεια κιβωτίου ταχυτήτων και ο κύκλος λειτουργίας της μηχανής. Πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη οι αλλαγές στο φορτίο, η ταχύτητα επιτάχυνσης ή επιβράδυνσης και ο κύκλος λειτουργίας της εφαρμογής, διαφορετικά οι βιομηχανικοί κινητήρες ενδέχεται να υπερθερμανθούν. Οι κινητήρες επαγωγής AC είναι μια δημοφιλής επιλογή για βιομηχανικές εφαρμογές περιστροφικής κίνησης. Μετά την επιλογή τύπου και μεγέθους κινητήρα, οι χρήστες πρέπει επίσης να λάβουν υπόψη τους περιβαλλοντικούς παράγοντες και τους τύπους περιβλήματος κινητήρα, όπως εφαρμογές πλύσης περιβλήματος ανοιχτού πλαισίου και ανοξείδωτου χάλυβα.

Πώς να επιλέξετε βιομηχανικό κινητήρα

Τρία κύρια προβλήματα στην επιλογή βιομηχανικών κινητήρων

1. Εφαρμογές σταθερής ταχύτητας;

Σε εφαρμογές σταθερής ταχύτητας, ο κινητήρας συνήθως λειτουργεί με παρόμοια ταχύτητα, λαμβάνοντας ελάχιστα ή καθόλου υπόψη τις ράμπες επιτάχυνσης και επιβράδυνσης. Αυτός ο τύπος εφαρμογής συνήθως λειτουργεί χρησιμοποιώντας ελέγχους πλήρους γραμμής on/off. Το κύκλωμα ελέγχου αποτελείται συνήθως από μια ασφάλεια κυκλώματος διακλάδωσης με έναν επαφέα, έναν εκκινητή βιομηχανικού κινητήρα υπερφόρτωσης και έναν χειροκίνητο ελεγκτή κινητήρα ή έναν ομαλό εκκινητή. Τόσο οι κινητήρες AC όσο και οι DC είναι κατάλληλοι για εφαρμογές σταθερής ταχύτητας. Οι κινητήρες DC προσφέρουν πλήρη ροπή σε μηδενική ταχύτητα και έχουν μεγάλη βάση στήριξης. Οι κινητήρες AC είναι επίσης μια καλή επιλογή επειδή έχουν υψηλό συντελεστή ισχύος και απαιτούν μικρή συντήρηση. Αντίθετα, τα χαρακτηριστικά υψηλής απόδοσης ενός σερβοκινητήρα ή ενός βηματικού κινητήρα θα θεωρούνταν υπερβολικά για μια απλή εφαρμογή.

2. Εφαρμογή μεταβλητής ταχύτητας;

Οι εφαρμογές μεταβλητής ταχύτητας συνήθως απαιτούν συμπαγή ταχύτητα και διακυμάνσεις ταχύτητας, καθώς και καθορισμένες ράμπες επιτάχυνσης και επιβράδυνσης. Σε πρακτικές εφαρμογές, η μείωση της ταχύτητας των βιομηχανικών κινητήρων, όπως οι ανεμιστήρες και οι φυγοκεντρικές αντλίες, γίνεται συνήθως για τη βελτίωση της απόδοσης, αντιστοιχίζοντας την κατανάλωση ενέργειας στο φορτίο, αντί να λειτουργούν σε πλήρη ταχύτητα και στραγγαλίζοντας ή καταστέλλοντας την απόδοση. Αυτά είναι πολύ σημαντικά να ληφθούν υπόψη για εφαρμογές μεταφοράς, όπως οι γραμμές εμφιάλωσης. Ο συνδυασμός κινητήρων AC και VFDS χρησιμοποιείται ευρέως για την αύξηση της απόδοσης και λειτουργεί καλά σε μια ποικιλία εφαρμογών μεταβλητής ταχύτητας. Τόσο οι κινητήρες AC όσο και οι κινητήρες DC με κατάλληλες μονάδες κίνησης λειτουργούν καλά σε εφαρμογές μεταβλητής ταχύτητας. Οι κινητήρες DC και οι διαμορφώσεις μονάδας κίνησης αποτελούν από καιρό τη μόνη επιλογή για κινητήρες μεταβλητής ταχύτητας και τα εξαρτήματά τους έχουν αναπτυχθεί και αποδειχθεί. Ακόμα και τώρα, οι κινητήρες DC είναι δημοφιλείς σε εφαρμογές μεταβλητής ταχύτητας, κλασματικής ιπποδύναμης και χρήσιμοι σε εφαρμογές χαμηλής ταχύτητας, επειδή μπορούν να παρέχουν πλήρη ροπή σε χαμηλές ταχύτητες και σταθερή ροπή σε διάφορες ταχύτητες βιομηχανικών κινητήρων. Ωστόσο, η συντήρηση των κινητήρων DC είναι ένα ζήτημα που πρέπει να ληφθεί υπόψη, καθώς πολλοί απαιτούν μεταγωγή με ψήκτρες και φθείρονται λόγω επαφής με κινούμενα μέρη. Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες εξαλείφουν αυτό το πρόβλημα, αλλά είναι πιο ακριβοί αρχικά και η γκάμα των διαθέσιμων βιομηχανικών κινητήρων είναι μικρότερη. Η φθορά των ψήκτρων δεν αποτελεί πρόβλημα με τους κινητήρες επαγωγής AC, ενώ οι μετατροπείς συχνότητας (VFDS) παρέχουν μια χρήσιμη επιλογή για εφαρμογές που υπερβαίνουν τον 1 HP, όπως ανεμιστήρες και άντληση, που μπορούν να αυξήσουν την απόδοση. Η επιλογή ενός τύπου μετατροπέα συχνότητας για τη λειτουργία ενός βιομηχανικού κινητήρα μπορεί να προσθέσει κάποια επίγνωση θέσης. Ένας κωδικοποιητής μπορεί να προστεθεί στον κινητήρα εάν το απαιτεί η εφαρμογή και ένας μετατροπέας συχνότητας μπορεί να καθοριστεί για να χρησιμοποιεί την ανατροφοδότηση του κωδικοποιητή. Ως αποτέλεσμα, αυτή η ρύθμιση μπορεί να παρέχει ταχύτητες παρόμοιες με αυτές των σερβοκινητήρων.

3. Χρειάζεστε έλεγχο θέσης;

Ο έλεγχος της αυστηρής θέσης επιτυγχάνεται με τη συνεχή επαλήθευση της θέσης του κινητήρα καθώς κινείται. Εφαρμογές όπως η τοποθέτηση γραμμικών κινητήρων μπορούν να χρησιμοποιούν βηματικούς κινητήρες με ή χωρίς ανάδραση ή σερβοκινητήρες με εγγενή ανάδραση. Ο βηματικός κινητήρας κινείται με ακρίβεια σε μια θέση με μέτρια ταχύτητα και στη συνέχεια διατηρεί αυτήν τη θέση. Το σύστημα βηματικού συστήματος ανοιχτού βρόχου παρέχει ισχυρό έλεγχο θέσης εάν έχει το σωστό μέγεθος. Όταν δεν υπάρχει ανάδραση, ο βηματικός κινητήρας θα μετακινήσει τον ακριβή αριθμό βημάτων, εκτός εάν συναντήσει διακοπή φορτίου πέρα από την ικανότητά του. Καθώς η ταχύτητα και η δυναμική της εφαρμογής αυξάνονται, ο έλεγχος βηματικού συστήματος ανοιχτού βρόχου ενδέχεται να μην πληροί τις απαιτήσεις του συστήματος, το οποίο απαιτεί αναβάθμιση σε σύστημα βηματικού κινητήρα ή σερβοκινητήρα με ανάδραση. Ένα σύστημα κλειστού βρόχου παρέχει ακριβή προφίλ κίνησης υψηλής ταχύτητας και ακριβή έλεγχο θέσης. Τα σερβοσυστήματα παρέχουν υψηλότερες ροπές από τους βηματικούς κινητήρες σε υψηλές ταχύτητες και επίσης λειτουργούν καλύτερα σε εφαρμογές υψηλής δυναμικής φόρτισης ή σύνθετης κίνησης. Για κίνηση υψηλής απόδοσης με χαμηλή υπέρβαση θέσης, η αδράνεια του ανακλώμενου φορτίου θα πρέπει να ταιριάζει όσο το δυνατόν περισσότερο με την αδράνεια του σερβοκινητήρα. Σε ορισμένες εφαρμογές, μια αναντιστοιχία έως και 10:1 είναι επαρκής, αλλά μια αντιστοίχιση 1:1 είναι η βέλτιστη. Η μείωση της ταχύτητας είναι ένας καλός τρόπος για την επίλυση του προβλήματος της αδράνειας, επειδή η αδράνεια του ανακλώμενου φορτίου μειώνεται κατά το τετράγωνο της σχέσης μετάδοσης, αλλά η αδράνεια του κιβωτίου ταχυτήτων πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στον υπολογισμό.