Как выбрать двигатель промышленной автоматизации?

Существует четыре типа нагрузки двигателей промышленной автоматизации:

1. Регулируемая мощность и постоянный крутящий момент. Приложения с переменной мощностью и постоянным крутящим моментом включают конвейеры, краны и шестеренные насосы. В этих приложениях крутящий момент постоянен, поскольку нагрузка постоянна. Требуемая мощность может варьироваться в зависимости от применения, поэтому двигатели переменного и постоянного тока с постоянной скоростью являются хорошим выбором.

2. Переменный крутящий момент и постоянная мощность. Примером применения переменного крутящего момента и постоянной мощности является машинная перемотка бумаги. Скорость материала остается прежней, а это значит, что мощность не меняется. Однако по мере увеличения диаметра рулона нагрузка меняется. В небольших системах это хорошее применение для двигателей постоянного тока или серводвигателей. Регенеративная мощность также является проблемой, и ее следует учитывать при определении размера промышленного двигателя или выборе метода управления энергией. Двигатели переменного тока с энкодерами, управлением с обратной связью и полноквадрантными приводами могут принести пользу более крупным системам.

3, регулируемая мощность и крутящий момент: вентиляторы, центробежные насосы и мешалки требуют переменной мощности и крутящего момента. По мере увеличения скорости промышленного двигателя выходная нагрузка также увеличивается вместе с требуемой мощностью и крутящим моментом. Именно при этих типах нагрузок начинается обсуждение эффективности двигателей: инверторы нагружают двигатели переменного тока с помощью приводов с регулируемой скоростью (VSD).

4, контроль положения или контроль крутящего момента: такие приложения, как линейные приводы, которые требуют точного перемещения в несколько положений, требуют жесткого контроля положения или крутящего момента и часто требуют обратной связи для проверки правильного положения двигателя. Серводвигатели или шаговые двигатели являются лучшим выбором для этих применений, но двигатели постоянного тока с обратной связью или двигатели переменного тока с инверторной нагрузкой и энкодерами обычно используются на линиях по производству стали или бумаги и в аналогичных приложениях.

Различные типы промышленных двигателей

Хотя в промышленности используется более 36 типов двигателей переменного/постоянного тока. Несмотря на то, что существует множество типов двигателей, их промышленные применения во многом совпадают, и рынок стремится упростить выбор двигателей. Это сужает практический выбор двигателей в большинстве случаев применения. Шестью наиболее распространенными типами двигателей, подходящими для подавляющего большинства применений, являются бесщеточные и коллекторные двигатели постоянного тока, двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором и обмотками ротора, серводвигатели и шаговые двигатели. Эти типы двигателей подходят для подавляющего большинства применений, тогда как другие типы используются только для специальных применений.

Три основных типа применения промышленных двигателей

Три основных применения промышленных двигателей — это постоянная скорость, переменная скорость и управление положением (или крутящим моментом). Различные ситуации промышленной автоматизации требуют разных приложений и проблем, а также своих собственных наборов проблем. Например, если максимальная скорость меньше опорной скорости двигателя, требуется редуктор. Это также позволяет двигателю меньшего размера работать на более эффективной скорости. Несмотря на то, что в Интернете имеется множество информации о том, как определить размер двигателя, существует множество факторов, которые пользователи должны учитывать, поскольку необходимо учитывать множество деталей. Для расчета инерции, крутящего момента и скорости нагрузки пользователь должен понимать такие параметры, как общая масса и размер (радиус) груза, а также трение, потери в коробке передач и цикл машины. Также необходимо учитывать изменения нагрузки, скорости ускорения или замедления, а также рабочего цикла применения, в противном случае промышленные двигатели могут перегреться. Асинхронные двигатели переменного тока являются популярным выбором для промышленных применений с вращательным движением. После выбора типа и размера двигателя пользователям также необходимо учитывать факторы окружающей среды и типы корпуса двигателя, например, применение для мойки корпуса с открытой рамой или из нержавеющей стали.

Как выбрать промышленный двигатель

Три основные проблемы выбора промышленного двигателя

1. Приложения с постоянной скоростью?

В приложениях с постоянной скоростью двигатель обычно работает с одинаковой скоростью практически без учета темпов ускорения и замедления. Приложения этого типа обычно работают с использованием полнофункциональных элементов управления включением/выключением. Цепь управления обычно состоит из предохранителя ответвленной цепи с контактором, промышленного пускателя двигателя от перегрузки и ручного контроллера двигателя или устройства плавного пуска. Двигатели как переменного, так и постоянного тока подходят для работы с постоянной скоростью. Двигатели постоянного тока обеспечивают полный крутящий момент при нулевой скорости и имеют большую монтажную базу. Двигатели переменного тока также являются хорошим выбором, поскольку они имеют высокий коэффициент мощности и не требуют особого обслуживания. Напротив, высокие эксплуатационные характеристики серводвигателя или шагового двигателя будут считаться чрезмерными для простого применения.

2. Приложение с регулируемой скоростью?

Приложения с переменной скоростью обычно требуют компактного изменения скорости и скорости, а также определенных темпов ускорения и замедления. В практических приложениях снижение скорости промышленных двигателей, таких как вентиляторы и центробежные насосы, обычно делается для повышения эффективности за счет согласования потребляемой мощности с нагрузкой, а не работы на полной скорости и регулирования или подавления выходной мощности. Это очень важно учитывать при транспортировке, например, на линиях розлива. Комбинация двигателей переменного тока и VFDS широко используется для повышения эффективности и хорошо работает в различных приложениях с регулируемой скоростью. Двигатели как переменного, так и постоянного тока с соответствующими приводами хорошо работают в системах с регулируемой скоростью. Двигатели постоянного тока и конфигурации привода долгое время были единственным выбором для двигателей с регулируемой скоростью, а их компоненты были разработаны и проверены. Даже сейчас двигатели постоянного тока популярны в устройствах с переменной скоростью и дробной мощностью и полезны в низкоскоростных приложениях, поскольку они могут обеспечивать полный крутящий момент на низких скоростях и постоянный крутящий момент на различных скоростях промышленных двигателей. Однако обслуживание двигателей постоянного тока является проблемой, которую следует учитывать, поскольку многие из них требуют коммутации с помощью щеток и изнашиваются из-за контакта с движущимися частями. Бесщеточные двигатели постоянного тока устраняют эту проблему, но они дороже, а ассортимент доступных промышленных двигателей меньше. Износ щеток не является проблемой для асинхронных двигателей переменного тока, в то время как частотно-регулируемые приводы (VFDS) представляют собой полезную опцию для применений мощностью более 1 л.с., таких как вентиляторы и насосы, что может повысить эффективность. Выбор типа привода для работы промышленного двигателя может повысить осведомленность о положении. Если приложение требует этого, к двигателю можно добавить энкодер, а привод можно указать для использования обратной связи энкодера. В результате эта установка может обеспечить скорость, подобную сервоприводу.

3. Вам нужен контроль положения?

Точный контроль положения достигается за счет постоянной проверки положения двигателя во время его движения. В таких приложениях, как линейные приводы позиционирования, можно использовать шаговые двигатели с обратной связью или без нее или серводвигатели с собственной обратной связью. Степпер точно перемещается в нужное положение с умеренной скоростью и затем удерживает это положение. Шаговая система с разомкнутым контуром обеспечивает мощный контроль положения при правильном выборе размера. При отсутствии обратной связи шаговый двигатель будет перемещаться на точное количество шагов, если только он не столкнется с прерыванием нагрузки, превышающим его возможности. По мере увеличения скорости и динамики приложения управление шаговым двигателем с разомкнутым контуром может не соответствовать требованиям системы, что требует модернизации до системы шагового двигателя или серводвигателя с обратной связью. Система с замкнутым контуром обеспечивает точные, высокоскоростные профили движения и точное управление положением. Сервосистемы обеспечивают более высокие крутящие моменты, чем шаговые двигатели, на высоких скоростях, а также лучше работают при высоких динамических нагрузках или сложных движениях. Для высокопроизводительного движения с низким отклонением положения инерция отраженной нагрузки должна максимально соответствовать инерции серводвигателя. В некоторых приложениях достаточно несоответствия до 10:1, но оптимальным является совпадение 1:1. Редуктор является хорошим способом решения проблемы несоответствия инерции, поскольку инерция отраженной нагрузки снижается на квадрат передаточного числа, но при расчете необходимо учитывать инерцию редуктора.