Існує чотири типи навантажень двигунів промислової автоматизації:
1. Регульована потужність і постійний крутний момент: Застосування зі змінною потужністю та постійним крутним моментом включають конвеєри, крани та шестеренні насоси. У цих застосуваннях крутний момент постійний, оскільки навантаження постійне. Необхідна потужність може змінюватися залежно від застосування, що робить двигуни змінного та постійного струму з постійною швидкістю гарним вибором.
2. Змінний крутний момент та постійна потужність: Прикладом застосування змінного крутного моменту та постійної потужності є перемотування паперу машиною. Швидкість матеріалу залишається незмінною, а це означає, що потужність не змінюється. Однак, зі збільшенням діаметра рулону навантаження змінюється. У невеликих системах це гарне застосування для двигунів постійного струму або серводвигунів. Рекуперативна потужність також є важливою і її слід враховувати при визначенні розміру промислового двигуна або виборі методу керування енергією. Двигуни змінного струму з енкодерами, керуванням із замкнутим контуром та повноквадрантними приводами можуть бути корисними для більших систем.
3, регульована потужність та крутний момент: вентилятори, відцентрові насоси та мішалки потребують змінної потужності та крутного моменту. Зі збільшенням швидкості промислового двигуна вихідне навантаження також збільшується разом із необхідною потужністю та крутним моментом. Саме з цих типів навантажень починається обговорення ефективності двигуна, коли інвертори завантажують двигуни змінного струму за допомогою приводів зі змінною швидкістю (ЧРШ).
4, керування положенням або крутним моментом: такі застосування, як лінійні приводи, які потребують точного переміщення в кілька положень, вимагають чіткого керування положенням або крутним моментом і часто потребують зворотного зв'язку для перевірки правильності положення двигуна. Серво- або крокові двигуни є найкращим вибором для цих застосувань, але двигуни постійного струму зі зворотним зв'язком або двигуни змінного струму з інвертором та енкодерами зазвичай використовуються на лініях виробництва сталі або паперу та в подібних застосуваннях.
Різні типи промислових двигунів
Хоча в промисловості використовується понад 36 типів двигунів змінного/постійного струму. Хоча існує багато типів двигунів, у промисловому застосуванні існує значне перекриття, і ринок прагне спростити вибір двигунів. Це звужує практичний вибір двигунів у більшості застосувань. Шість найпоширеніших типів двигунів, що підходять для переважної більшості застосувань, - це безщіткові та щіткові двигуни постійного струму, двигуни змінного струму з короткозамкненим ротором та обмотковим ротором, серво- та крокові двигуни. Ці типи двигунів підходять для переважної більшості застосувань, тоді як інші типи використовуються лише для спеціальних застосувань.
Три основні типи застосування промислових двигунів
Три основні застосування промислових двигунів - це керування постійною швидкістю, змінною швидкістю та керування положенням (або крутним моментом). Різні ситуації промислової автоматизації вимагають різних застосувань та проблем, а також власних наборів проблем. Наприклад, якщо максимальна швидкість менша за опорну швидкість двигуна, потрібна коробка передач. Це також дозволяє меншому двигуну працювати з більш ефективною швидкістю. Хоча в Інтернеті є безліч інформації про те, як визначити розмір двигуна, є багато факторів, які користувачі повинні враховувати, оскільки є багато деталей, які потрібно враховувати. Розрахунок інерції навантаження, крутного моменту та швидкості вимагає від користувача розуміння таких параметрів, як загальна маса та розмір (радіус) навантаження, а також тертя, втрати в коробці передач та машинний цикл. Також необхідно враховувати зміни навантаження, швидкість розгону або уповільнення та робочий цикл застосування, інакше промислові двигуни можуть перегрітися. Асинхронні двигуни змінного струму є популярним вибором для промислових застосувань обертового руху. Після вибору типу та розміру двигуна користувачам також необхідно враховувати фактори навколишнього середовища та типи корпусів двигунів, такі як відкрита рама та корпуси з нержавіючої сталі для миття.
Як вибрати промисловий двигун
Три основні проблеми вибору промислового двигуна
1. Програми з постійною швидкістю?
У системах з постійною швидкістю двигун зазвичай працює з подібною швидкістю, майже не враховуючи рампи розгону та уповільнення. Цей тип застосування зазвичай працює з використанням повнолінійного керування вмиканням/вимиканням. Схема керування зазвичай складається з запобіжника відгалуження з контактором, промислового пускача двигуна від перевантаження та ручного контролера двигуна або плавного пускача. Як двигуни змінного, так і постійного струму підходять для застосувань з постійною швидкістю. Двигуни постійного струму забезпечують повний крутний момент при нульовій швидкості та мають велику монтажну базу. Двигуни змінного струму також є хорошим вибором, оскільки вони мають високий коефіцієнт потужності та потребують незначного обслуговування. На противагу цьому, високі характеристики серво- або крокового двигуна вважалися б надмірними для простого застосування.
2. Додаток зі змінною швидкістю?
Застосування зі змінною швидкістю зазвичай вимагає компактної швидкості та її варіацій, а також визначених рампи прискорення та уповільнення. На практиці зниження швидкості промислових двигунів, таких як вентилятори та відцентрові насоси, зазвичай робиться для підвищення ефективності шляхом узгодження споживання енергії з навантаженням, а не роботи на повній швидкості та дроселювання або придушення вихідної потужності. Це дуже важливо враховувати для конвеєрних застосувань, таких як лінії розливу. Поєднання двигунів змінного струму та частотного перетворювача (ЧРП) широко використовується для підвищення ефективності та добре працює в різних застосуваннях зі змінною швидкістю. Як двигуни змінного, так і постійного струму з відповідними приводами добре працюють у застосуваннях зі змінною швидкістю. Двигуни постійного струму та конфігурації приводів довгий час були єдиним вибором для двигунів зі змінною швидкістю, а їхні компоненти були розроблені та перевірені. Навіть зараз двигуни постійного струму популярні в застосуваннях зі змінною швидкістю, з частковою потужністю та корисні в застосуваннях на низькій швидкості, оскільки вони можуть забезпечувати повний крутний момент на низьких швидкостях та постійний крутний момент на різних швидкостях промислових двигунів. Однак обслуговування двигунів постійного струму є проблемою, яку слід враховувати, оскільки багато з них потребують комутації за допомогою щіток та зношуються через контакт з рухомими частинами. Безщіткові двигуни постійного струму усувають цю проблему, але вони спочатку дорожчі, а асортимент доступних промислових двигунів менший. Знос щіток не є проблемою для асинхронних двигунів змінного струму, тоді як частотно-регульовані приводи (ЧРП) є корисним варіантом для застосувань потужністю понад 1 к.с., таких як вентилятори та насоси, що може підвищити ефективність. Вибір типу приводу для роботи промислового двигуна може додати певну обізнаність про положення. За потреби до двигуна можна додати енкодер, а також можна налаштувати привід для використання зворотного зв'язку від енкодера. В результаті така конфігурація може забезпечити швидкості, подібні до сервоприводів.
3. Чи потрібен вам контроль положення?
Чіткий контроль положення досягається шляхом постійної перевірки положення двигуна під час його руху. Такі програми, як позиціонування лінійних приводів, можуть використовувати крокові двигуни зі зворотним зв'язком або без нього, або серводвигуни з власним зворотним зв'язком. Кроковий двигун точно переміщується в потрібне положення з помірною швидкістю, а потім утримує це положення. Розімкнута система крокових двигунів забезпечує потужний контроль положення, якщо правильно підібрані розміри. Коли зворотний зв'язок відсутній, кроковий двигун переміщуватиме точну кількість кроків, якщо не зіткнеться з перериванням навантаження, що перевищує його можливості. Зі збільшенням швидкості та динаміки застосування, керування кроковим двигуном з розімкнутим контуром може не відповідати вимогам системи, що вимагає переходу на систему крокових двигунів або серводвигунів зі зворотним зв'язком. Замкнута система забезпечує точні, високошвидкісні профілі руху та точний контроль положення. Сервосистеми забезпечують вищі крутні моменти, ніж крокові двигуни, на високих швидкостях, а також краще працюють при високих динамічних навантаженнях або складних системах руху. Для високопродуктивного руху з низьким перевищенням положення відбита інерція навантаження повинна максимально відповідати інерції серводвигуна. У деяких випадках достатньо невідповідності до 10:1, але оптимальною є відповідність 1:1. Зниження передачі – це хороший спосіб вирішення проблеми невідповідності інерції, оскільки інерція відбитого навантаження зменшується пропорційно квадрату передавального числа, але інерцію коробки передач необхідно враховувати в розрахунку.
Час публікації: 16 червня 2023 р.