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 wisselstroom- en gelijkstroommotoren met een constant toerental een goede keuze zijn.
2. Variabel koppel en constant vermogen: Een voorbeeld van een toepassing met variabel koppel en constant vermogen is het oprollen van papier in machines. De snelheid van het materiaal blijft gelijk, 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. Regeneratief vermogen is ook een aandachtspunt en moet worden overwogen bij het bepalen van de grootte van een industriële motor of bij het kiezen van een energiebeheersingsmethode. Wisselstroommotoren met encoders, gesloten-lusregeling en volledige kwadrantaandrijvingen kunnen voordelen bieden voor grotere systemen.
3. Instelbaar vermogen en koppel: ventilatoren, centrifugaalpompen en roerwerken vereisen een variabel vermogen en koppel. Naarmate de snelheid van een industriële motor toeneemt, neemt ook het vermogen en koppel toe. Bij dit soort belastingen begint de discussie over motorrendement, waarbij frequentieomvormers wisselstroommotoren aansturen met behulp van frequentieregelaars (VSD's).
4. Positieregeling of koppelregeling: Toepassingen zoals lineaire aandrijvingen, die nauwkeurige bewegingen naar meerdere posities vereisen, vereisen een strakke positie- of koppelregeling en vaak feedback om de juiste motorpositie te controleren. Servo- of stappenmotoren zijn de beste keuze voor deze toepassingen, maar gelijkstroommotoren met feedback of wisselstroommotoren met frequentieregelaar en encoders worden veel gebruikt in staal- of papierproductielijnen en soortgelijke toepassingen.
Verschillende typen industriële motoren
Hoewel er meer dan 36 soorten AC/DC-motoren in industriële toepassingen worden gebruikt, is er, ondanks de vele typen motoren, veel overlap in industriële toepassingen. De markt heeft daarom geprobeerd de motorkeuze 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, servomotoren en stappenmotoren. Deze motortypen zijn geschikt voor de overgrote meerderheid van de toepassingen, terwijl andere typen alleen voor specifieke 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 maximale snelheid bijvoorbeeld lager is dan de referentiesnelheid van de motor, is een tandwielkast nodig. Dit maakt het ook mogelijk dat een kleinere motor efficiënter draait. Hoewel er online veel informatie te vinden is over het bepalen van de juiste motorgrootte, zijn er veel factoren waarmee gebruikers rekening moeten houden, omdat er veel details zijn om te overwegen. Het berekenen van de belastingsinertie, het koppel en de snelheid vereist dat de gebruiker parameters begrijpt zoals de totale massa en grootte (radius) van de belasting, evenals wrijving, tandwielkastverliezen en de 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 roterende bewegingstoepassingen. Na de selectie van het motortype en de grootte moeten gebruikers ook rekening houden met omgevingsfactoren en het type motorbehuizing, zoals open frame en roestvrijstalen behuizingen die geschikt zijn voor reiniging.
Hoe kies je een industriële motor?
Drie belangrijke problemen bij de selectie van industriële motoren.
1. Apps met constante snelheid?
Bij toepassingen met een constante snelheid draait de motor doorgaans met een constante snelheid, waarbij weinig tot geen rekening wordt gehouden met acceleratie- en deceleratiehellingen. Dit type toepassing werkt meestal met aan/uit-regelingen voor het hele circuit. Het regelcircuit bestaat doorgaans uit een zekering in de aftakleiding met een contactor, een industriële motorstarter met overbelastingsbeveiliging en een handmatige motorcontroller of softstarter. Zowel wisselstroom- als gelijkstroommotoren zijn geschikt voor toepassingen met een constante snelheid. Gelijkstroommotoren leveren het volledige koppel bij stilstand en hebben een grote montagebasis. Wisselstroommotoren zijn ook een goede keuze vanwege hun hoge arbeidsfactor en onderhoudsarme karakter. De hoge prestaties van een servo- of stappenmotor zouden daarentegen als overdreven worden beschouwd voor een eenvoudige toepassing.
2. App met variabele snelheid?
Toepassingen met variabele snelheid vereisen doorgaans compacte snelheden en snelheidsvariaties, evenals gedefinieerde acceleratie- en deceleratiehellingen. In de praktijk wordt de snelheid van industriële motoren, zoals ventilatoren en centrifugaalpompen, meestal verlaagd om de efficiëntie te verbeteren door het stroomverbruik af te stemmen op de belasting, in plaats van op volle snelheid te draaien en de output te beperken of te onderdrukken. Dit is met name belangrijk voor transporttoepassingen zoals bottellijnen. De combinatie van AC-motoren en VFDS (Variable Frequency Drives) wordt veel gebruikt om de efficiëntie te verhogen en werkt goed in diverse toepassingen met variabele snelheid. Zowel AC- als DC-motoren met de juiste aandrijvingen werken goed in toepassingen met variabele snelheid. DC-motoren en bijbehorende aandrijvingen zijn lange tijd de enige keuze geweest voor motoren met variabele snelheid, en hun componenten zijn ontwikkeld en beproefd. Zelfs nu zijn DC-motoren populair in toepassingen met variabele snelheid en een laag vermogen, en nuttig bij lage snelheden omdat ze bij lage snelheden een volledig koppel en bij verschillende industriële motorsnelheden een constant koppel kunnen leveren. Het onderhoud van DC-motoren is echter een aandachtspunt, aangezien veel motoren commutatie met borstels vereisen en slijten door contact met bewegende onderdelen. Borstelloze DC-motoren lossen dit probleem op, maar ze zijn in eerste instantie duurder en het aanbod aan industriële motoren is kleiner. Borstelslijtage is geen probleem bij AC-inductiemotoren, terwijl frequentieomvormers (VFD's) een nuttige optie bieden voor toepassingen van meer dan 1 pk, zoals ventilatoren en pompen, en de efficiëntie kunnen verhogen. De keuze van het type aandrijving voor een industriële motor kan de positioneringsnauwkeurigheid 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 kunnen servosnelheden worden bereikt.
3. Heeft u positiecontrole nodig?
Nauwkeurige positiecontrole wordt bereikt door de positie van de motor tijdens de beweging constant te controleren. Toepassingen zoals lineaire positioneringsaandrijvingen kunnen gebruikmaken van stappenmotoren met of zonder feedback, of servomotoren met ingebouwde feedback. De stappenmotor beweegt nauwkeurig naar een positie met een matige snelheid en houdt die positie vervolgens vast. Een open-lus stappenmotorsysteem biedt krachtige positiecontrole als het correct gedimensioneerd is. Zonder feedback zal de stappenmotor exact het aantal stappen zetten, tenzij er een belastingverstoring optreedt die zijn capaciteit overstijgt. Naarmate de snelheid en dynamiek van de toepassing toenemen, voldoet de open-lus stappenmotorregeling mogelijk niet meer aan de eisen van het systeem, waardoor een upgrade naar een stappenmotor- of servomotorsysteem met feedback nodig is. Een gesloten-lus systeem biedt nauwkeurige, snelle bewegingsprofielen en precieze positiecontrole. Servosystemen leveren hogere koppels dan stappenmotoren bij hoge snelheden en presteren ook beter bij hoge dynamische belastingen of complexe bewegingstoepassingen. Voor hoogwaardige bewegingen met een lage positie-overshoot moet de gereflecteerde belastingsinertie zoveel mogelijk overeenkomen met de inertie van de servomotor. In sommige toepassingen is een verschil tot 10:1 voldoende, maar een verhouding van 1:1 is optimaal. Overbrengingsverhoudingen zijn een goede manier om het probleem van het inertieverschil op te lossen, omdat de inertie van de teruggekaatste belasting afneemt met het kwadraat van de overbrengingsverhouding. De inertie van de versnellingsbak moet echter wel in de berekening worden meegenomen.
Geplaatst op: 16 juni 2023