Miten valita teollisuusautomaatiomoottori?

Teollisuusautomaation moottorikuormia on neljää tyyppiä:

1. Säädettävä teho ja vakiovääntömomentti: Muuttuvan tehon ja vakiovääntömomentin sovelluksia ovat kuljettimet, nosturit ja hammaspyöräpumput. Näissä sovelluksissa vääntömomentti on vakio, koska kuormitus on vakio. Vaadittava teho voi vaihdella sovelluksesta riippuen, minkä vuoksi vakionopeus AC- ja DC-moottorit ovat hyvä valinta.

2, Muuttuva vääntömomentti ja vakioteho: Esimerkki muuttuvan vääntömomentin ja vakiotehojen sovelluksista on paperin uudelleenkelaus koneella. Materiaalin nopeus pysyy samana, mikä tarkoittaa, että teho ei muutu. Rullan halkaisijan kasvaessa kuormitus kuitenkin muuttuu. Pienissä järjestelmissä tämä on hyvä sovellus tasavirtamoottoreille tai servomoottoreille. Myös regeneratiivinen energia on huolenaihe, ja se tulisi ottaa huomioon teollisuusmoottorin kokoa määritettäessä tai energiansäätömenetelmää valittaessa. Vaihtovirtamoottorit, joissa on enkooderit, suljetun silmukan ohjaus ja täyskvadranttikäytöt, voivat hyödyttää suurempia järjestelmiä.

3, säädettävä teho ja vääntömomentti: puhaltimet, keskipakopumput ja sekoittimet tarvitsevat vaihtelevaa tehoa ja vääntömomenttia. Teollisuusmoottorin nopeuden kasvaessa myös kuormitus kasvaa tarvittavan tehon ja vääntömomentin myötä. Tällaisista kuormista moottorin hyötysuhdekeskustelu alkaa, ja invertterit kuormittavat vaihtovirtamoottoreita taajuusmuuttajilla (VSD).

4, paikansäätö tai vääntömomentin säätö: Sovellukset, kuten lineaarikäytöt, jotka vaativat tarkkaa liikettä useisiin asentoihin, vaativat tiukkaa paikan- tai vääntömomentin säätöä ja usein tarvitsevat takaisinkytkentää moottorin oikean asennon varmistamiseksi. Servo- tai askelmoottorit ovat paras valinta näihin sovelluksiin, mutta takaisinkytkennällä varustettuja tasavirtamoottoreita tai invertterikuormitettuja vaihtovirtamoottoreita enkoodereilla käytetään yleisesti teräksen tai paperin tuotantolinjoissa ja vastaavissa sovelluksissa.

Erilaisia teollisuusmoottoreita

Vaikka teollisuussovelluksissa käytetään yli 36 erilaista AC/DC-moottoria. Vaikka moottorityyppejä on monia, teollisuussovelluksissa on paljon päällekkäisyyksiä, ja markkinat ovat pyrkineet yksinkertaistamaan moottorien valintaa. Tämä kaventaa käytännön moottorivalikoimaa useimmissa sovelluksissa. Kuusi yleisintä moottorityyppiä, jotka sopivat valtaosaan sovelluksista, ovat harjattomat ja harjalliset DC-moottorit, AC-oikosulkumoottorit ja käämiroottorimoottorit sekä servo- ja askelmoottorit. Nämä moottorityypit sopivat valtaosaan sovelluksista, kun taas muita tyyppejä käytetään vain erikoissovelluksissa.

Kolme päätyyppiä teollisuusmoottoreiden sovelluksista

Teollisuusmoottoreiden kolme pääasiallista sovellusta ovat vakionopeus, muuttuva nopeus ja asennon (tai vääntömomentin) säätö. Erilaiset teollisen automaation tilanteet vaativat erilaisia sovelluksia ja ongelmia sekä omia ongelmakokonaisuuksiaan. Esimerkiksi, jos maksiminopeus on pienempi kuin moottorin referenssinopeus, tarvitaan vaihteisto. Tämä mahdollistaa myös pienemmän moottorin toiminnan tehokkaammalla nopeudella. Vaikka verkossa on runsaasti tietoa moottorin koon määrittämisestä, käyttäjien on otettava huomioon monia tekijöitä, koska huomioon otettavia yksityiskohtia on paljon. Kuorman inertian, vääntömomentin ja nopeuden laskeminen edellyttää, että käyttäjä ymmärtää parametrit, kuten kuorman kokonaismassan ja koon (säteen) sekä kitkan, vaihteiston häviön ja koneen syklin. Myös kuormituksen, kiihtyvyys- tai hidastuvuusnopeuden ja sovelluksen käyttösuhteen muutokset on otettava huomioon, muuten teollisuusmoottorit voivat ylikuumentua. AC-induktiomoottorit ovat suosittu valinta teollisiin pyörimisliikesovelluksiin. Moottorityypin ja koon valinnan jälkeen käyttäjien on otettava huomioon myös ympäristötekijät ja moottorikotelotyypit, kuten avoimen rungon ja ruostumattomasta teräksestä valmistetun kotelon pesusovellukset.

Kuinka valita teollisuusmoottori

Teollisuusmoottorien valinnan kolme pääongelmaa

1. Vakionopeudella toimivat sovellukset?

Vakionopeussovelluksissa moottori käy tyypillisesti samalla nopeudella, eikä kiihtyvyys- ja hidastusramppeja oteta juurikaan huomioon. Tämän tyyppisessä sovelluksessa käytetään tyypillisesti täysilinjaisia päälle/pois-ohjaimia. Ohjauspiiri koostuu yleensä haaroituspiirin sulakkeesta kontaktorilla, teollisuusmoottorin ylikuormituskäynnistimestä ja manuaalisesta moottorin ohjaimesta tai pehmokäynnistimestä. Sekä vaihtovirta- että tasavirtamoottorit soveltuvat vakionopeussovelluksiin. Tasavirtamoottorit tarjoavat täyden vääntömomentin nollanopeudella ja niillä on suuri asennusalusta. Vaihtovirtamoottorit ovat myös hyvä valinta, koska niillä on korkea tehokerroin ja ne vaativat vähän huoltoa. Sitä vastoin servo- tai askelmoottorin korkeat suorituskykyominaisuudet katsottaisiin liialliseksi yksinkertaisessa sovelluksessa.

2. Muuttuvanopeuksinen sovellus?

Muuttuvanopeuksiset sovellukset vaativat tyypillisesti kompakteja nopeus- ja nopeusvaihteluita sekä määriteltyjä kiihtyvyys- ja hidastusramppeja. Käytännön sovelluksissa teollisuusmoottoreiden, kuten puhaltimien ja keskipakopumppujen, nopeutta alennetaan yleensä tehokkuuden parantamiseksi sovittamalla tehonkulutus kuormaan sen sijaan, että käytettäisiin täydellä nopeudella ja rajoitettaisiin tai vaimennettaisiin tehoa. Nämä ovat erittäin tärkeitä huomioida kuljetussovelluksissa, kuten pullotuslinjoilla. Vaihtovirtamoottoreiden ja taajuusmuuttajan yhdistelmää käytetään laajalti tehokkuuden parantamiseksi, ja se toimii hyvin erilaisissa muuttuvanopeuksisissa sovelluksissa. Sekä vaihtovirta- että tasavirtamoottorit sopivilla käyttölaitteilla toimivat hyvin muuttuvanopeuksisissa sovelluksissa. Tasavirtamoottorit ja käyttökokoonpanot ovat pitkään olleet ainoa vaihtoehto muuttuvanopeuksisille moottoreille, ja niiden komponentteja on kehitetty ja todistettu toimiviksi. Jopa nykyään tasavirtamoottorit ovat suosittuja muuttuvanopeuksisissa, vain murtotehoisissa sovelluksissa ja hyödyllisiä matalan nopeuden sovelluksissa, koska ne voivat tarjota täyden vääntömomentin alhaisilla nopeuksilla ja vakiovääntömomentin eri teollisuusmoottorin nopeuksilla. Tasavirtamoottoreiden huolto on kuitenkin otettava huomioon, koska monet vaativat harjojen kommutointia ja kuluvat liikkuvien osien kosketuksen vuoksi. Harjattomat tasavirtamoottorit poistavat tämän ongelman, mutta ne ovat kalliimpia lähtökohtaisesti ja saatavilla olevien teollisuusmoottoreiden valikoima on pienempi. Harjojen kuluminen ei ole ongelma AC-induktiomoottoreissa, kun taas taajuusmuuttajat (VFDS) tarjoavat hyödyllisen vaihtoehdon yli 1 hv:n sovelluksissa, kuten puhaltimissa ja pumppauksessa, mikä voi lisätä tehokkuutta. Teollisuusmoottorin käyttöön sopivan taajuusmuuttajan tyypin valitseminen voi lisätä asentotietoisuutta. Moottoriin voidaan lisätä enkooderi, jos sovellus sitä vaatii, ja taajuusmuuttaja voidaan määrittää käyttämään enkooderin takaisinkytkentää. Tämän seurauksena tämä kokoonpano voi tarjota servomoottorin kaltaisia nopeuksia.

3. Tarvitsetko asennonsäätöä?

Tarkka paikansäätö saavutetaan tarkistamalla jatkuvasti moottorin asentoa sen liikkuessa. Sovelluksissa, kuten lineaarikäyttöjen paikannuksessa, voidaan käyttää askelmoottoreita takaisinkytkennällä tai ilman, tai servomoottoreita, joissa on sisäänrakennettu takaisinkytkentä. Askelluslaite liikkuu tarkasti tiettyyn asentoon kohtuullisella nopeudella ja pitää sitten sen asennon. Avoimen silmukan askelluslaitejärjestelmä tarjoaa tehokkaan paikansäädön, jos se on oikein mitoitettu. Kun takaisinkytkentää ei ole, askelluslaite liikkuu tarkan määrän askeleita, ellei se kohtaa kuormituksen keskeytystä, joka ylittää sen kapasiteetin. Sovelluksen nopeuden ja dynamiikan kasvaessa avoimen silmukan askelluslaiteohjaus ei välttämättä täytä järjestelmän vaatimuksia, mikä edellyttää päivittämistä takaisinkytkennällä varustettuun askelluslaite- tai servomoottorijärjestelmään. Suljetun silmukan järjestelmä tarjoaa tarkat, nopeat liikeprofiilit ja tarkan paikansäädön. Servojärjestelmät tarjoavat suurempia vääntömomentteja kuin askelluslaitteet suurilla nopeuksilla ja toimivat myös paremmin suurilla dynaamisilla kuormilla tai monimutkaisissa liikesovelluksissa. Tehokkaaseen liikkeeseen, jossa on pieni paikan ylitys, heijastuneen kuorman inertian tulisi vastata servomoottorin inertiaa mahdollisimman hyvin. Joissakin sovelluksissa jopa 10:1:n epäsuhta riittää, mutta 1:1-vastaavuus on optimaalinen. Vaihteiden alennus on hyvä tapa ratkaista inertian epäsuhtaongelma, koska heijastuneen kuorman inertia pienenee välityssuhteen neliöllä, mutta vaihteiston inertia on otettava huomioon laskelmassa.