Er zijn vier soorten motorbelastingen voor industriële automatisering:
1. Instelbaar vermogen en constant koppel: Toepassingen met variabel vermogen en constant koppel zijn onder andere transportbanden, kranen en tandwielpompen. In deze toepassingen is het koppel constant omdat de belasting constant is. Het benodigde vermogen kan variëren afhankelijk van de toepassing, waardoor AC- en DC-motoren met constant toerental een goede keuze zijn.
2. Variabel koppel en constant vermogen: Een voorbeeld van toepassingen met variabel koppel en constant vermogen is het oprollen van papier. De snelheid van het materiaal blijft hetzelfde, wat betekent dat het vermogen niet verandert. Naarmate de diameter van de rol toeneemt, verandert echter de belasting. In kleine systemen is dit een goede toepassing voor gelijkstroommotoren of servomotoren. Regeneratieve energie is ook een aandachtspunt en moet worden overwogen bij het bepalen van de grootte van een industriële motor of het selecteren van een energieregelmethode. Wisselstroommotoren met encoders, closed-loopregeling en full-quadrant aandrijvingen kunnen nuttig zijn voor grotere systemen.
3. Instelbaar vermogen en koppel: ventilatoren, centrifugaalpompen en roerwerken hebben een variabel vermogen en koppel nodig. Naarmate de snelheid van een industriële motor toeneemt, neemt ook de belasting toe met het vereiste vermogen en koppel. Dit soort belastingen vormen het begin van de discussie over motorrendement, waarbij omvormers wisselstroommotoren belasten met behulp van frequentieregelaars (VSD's).
4. Positieregeling of koppelregeling: Toepassingen zoals lineaire aandrijvingen, die nauwkeurige bewegingen naar meerdere posities vereisen, vereisen een nauwkeurige positie- of koppelregeling en vaak feedback om de juiste motorpositie te verifiëren. Servo- of stappenmotoren zijn de beste keuze voor deze toepassingen, maar DC-motoren met feedback of invertergestuurde AC-motoren met encoders worden vaak gebruikt in staal- of papierproductielijnen en soortgelijke toepassingen.
Verschillende industriële motortypen
Hoewel er meer dan 36 soorten AC/DC-motoren worden gebruikt in industriële toepassingen, is er veel overlap in industriële toepassingen en streeft de markt ernaar de motorselectie te vereenvoudigen. Dit beperkt de praktische keuze aan motoren in de meeste toepassingen. De zes meest voorkomende motortypen, geschikt voor de overgrote meerderheid van de toepassingen, zijn borstelloze en geborstelde DC-motoren, AC-kooi- en wikkelrotormotoren, servo- en stappenmotoren. Deze motortypen zijn geschikt voor de overgrote meerderheid van de toepassingen, terwijl andere typen alleen voor speciale toepassingen worden gebruikt.
Drie hoofdtypen industriële motortoepassingen
De drie belangrijkste toepassingen van industriële motoren zijn constante snelheid, variabele snelheid en positie- (of koppel-)regeling. Verschillende industriële automatiseringssituaties vereisen verschillende toepassingen en problemen, evenals hun eigen probleemstellingen. Als de maximumsnelheid bijvoorbeeld lager is dan de referentiesnelheid van de motor, is een tandwielkast vereist. Dit maakt het ook mogelijk om een kleinere motor met een efficiëntere snelheid te laten draaien. Hoewel er online veel informatie beschikbaar is over het bepalen van de grootte van een motor, zijn er veel factoren waarmee gebruikers rekening moeten houden, omdat er veel details zijn om te overwegen. Het berekenen van de traagheid, het koppel en de snelheid van de belasting vereist dat de gebruiker parameters begrijpt zoals de totale massa en grootte (radius) van de belasting, evenals wrijving, tandwielverlies en machinecyclus. Veranderingen in belasting, acceleratie- of deceleratiesnelheid en de inschakelduur van de toepassing moeten ook in overweging worden genomen, anders kunnen industriële motoren oververhit raken. AC-inductiemotoren zijn een populaire keuze voor industriële toepassingen met roterende bewegingen. Na de selectie van het motortype en de motorgrootte moeten gebruikers ook rekening houden met omgevingsfactoren en het type motorbehuizing, zoals open frame en toepassingen met roestvrijstalen behuizingen.
Hoe kiest u een industriële motor?
Drie hoofdproblemen bij de selectie van industriële motoren
1. Apps met constante snelheid?
Bij toepassingen met een constant toerental draait de motor doorgaans met een vergelijkbaar toerental, met weinig of geen rekening houdend met acceleratie- en deceleratiehellingen. Dit type toepassing maakt doorgaans gebruik van volledige aan/uit-regelingen. Het regelcircuit bestaat meestal uit een zekering met een aftakcircuit en een contactor, een industriële overbelastingsstarter en een handmatige motorcontroller of softstarter. Zowel wisselstroom- als gelijkstroommotoren zijn geschikt voor toepassingen met een constant toerental. Gelijkstroommotoren leveren een volledig koppel bij nul toeren en hebben een grote montagevoet. Wisselstroommotoren zijn ook een goede keuze omdat ze een hoge arbeidsfactor hebben en weinig onderhoud vergen. De hoge prestatiekenmerken van een servo- of stappenmotor zouden daarentegen als overmatig worden beschouwd voor een eenvoudige toepassing.
2. Variabele snelheidsapp?
Toepassingen met variabele snelheid vereisen doorgaans compacte snelheids- en snelheidsvariaties, evenals gedefinieerde acceleratie- en deceleratiehellingen. In praktische toepassingen wordt de snelheid van industriële motoren, zoals ventilatoren en centrifugaalpompen, meestal verlaagd om de efficiëntie te verbeteren door het stroomverbruik aan te passen aan de belasting, in plaats van op volle snelheid te draaien en de output te smoren of te onderdrukken. Dit is zeer belangrijk om te overwegen bij transporttoepassingen zoals bottellijnen. De combinatie van AC-motoren en VFDS wordt veel gebruikt om de efficiëntie te verhogen en werkt goed in diverse toepassingen met variabele snelheid. Zowel AC- als DC-motoren met geschikte aandrijvingen werken goed in toepassingen met variabele snelheid. DC-motoren en aandrijfconfiguraties zijn lange tijd de enige keuze geweest voor motoren met variabele snelheid, en hun componenten zijn ontwikkeld en bewezen. Zelfs nu zijn DC-motoren populair in toepassingen met variabele snelheid, fractionele pk's en nuttig in toepassingen met lage snelheid, omdat ze een volledig koppel kunnen leveren bij lage snelheden en een constant koppel bij verschillende industriële motorsnelheden. Het onderhoud van DC-motoren is echter een punt van aandacht, aangezien veel motoren commutatie met borstels vereisen en slijten door contact met bewegende delen. Borstelloze gelijkstroommotoren elimineren dit probleem, maar zijn in aanschaf duurder en het aanbod aan industriële motoren is kleiner. Borstelslijtage is geen probleem bij AC-inductiemotoren, terwijl frequentieregelaars (VFDS) een nuttige optie bieden voor toepassingen met meer dan 1 pk, zoals ventilatoren en pompen, die de efficiëntie kunnen verhogen. De keuze van een type aandrijving voor een industriële motor kan de positiebepaling verbeteren. Een encoder kan aan de motor worden toegevoegd als de toepassing dit vereist, en een aandrijving kan worden gespecificeerd om encoderfeedback te gebruiken. Hierdoor kan deze configuratie servo-achtige snelheden leveren.
3. Heeft u positiecontrole nodig?
Nauwkeurige positieregeling wordt bereikt door de positie van de motor constant te controleren terwijl deze beweegt. Toepassingen zoals lineaire positioneringsaandrijvingen kunnen gebruikmaken van stappenmotoren met of zonder feedback of servomotoren met inherente feedback. De stappenmotor beweegt nauwkeurig naar een positie met een gematigde snelheid en behoudt die positie vervolgens. Open-loop stappenmotorsystemen bieden krachtige positieregeling indien correct gedimensioneerd. Wanneer er geen feedback is, zal de stappenmotor het exacte aantal stappen verplaatsen, tenzij er een belastingsonderbreking optreedt die de capaciteit te boven gaat. Naarmate de snelheid en dynamiek van de toepassing toenemen, voldoet de open-loop stappenmotorregeling mogelijk niet aan de eisen van het systeem, in welk geval een upgrade naar een stappenmotor- of servomotorsysteem met feedback vereist is. Een gesloten-loop systeem biedt nauwkeurige, snelle bewegingsprofielen en nauwkeurige positieregeling. Servosystemen bieden hogere koppels dan stappenmotoren bij hoge snelheden en werken ook beter bij hoge dynamische belastingen of complexe bewegingstoepassingen. Voor hoogwaardige bewegingen met een lage positie-overshoot moet de gereflecteerde traagheid van de belasting zoveel mogelijk overeenkomen met de traagheid van de servomotor. In sommige toepassingen is een mismatch tot 10:1 voldoende, maar een 1:1-match is optimaal. Tandwielreductie is een goede manier om het probleem van de mismatch in traagheid op te lossen, omdat de traagheid van de gereflecteerde belasting afneemt met het kwadraat van de overbrengingsverhouding. De traagheid van de versnellingsbak moet echter wel in de berekening worden meegenomen.
Plaatsingstijd: 16 juni 2023