Print

Jak vybrat motor pro průmyslovou aplikaci

-- 24.05.17

Pochopení hlavních typů zátěží, motorů a aplikací může usnadnit výběr motoru a příslušenství. 

Při výběru motoru je nutno zvážit mnoho aspektů, jako je aplikace, provozní a mechanické otázky a vliv prostředí. Obecně lze říci, že vybíráte mezi střídavým motorem (viz obrázek 1), stejnosměrným motorem a servomotorem / krokovým motorem. Rozhodnutí, který motor použít, závisí na průmyslové aplikaci a na tom, zda jsou požadované určité speciální potřeby. 

Od motoru bude požadován konstantní nebo proměnlivý krouticí moment a výkon, a to v závislosti na typu zátěže, kterou motor pohání. Velikost zátěže, požadovaná rychlost a zrychlení/zpomalení – zejména pokud má být rychlé nebo časté – budou definovat požadovaný krouticí moment a výkon. V úvahu je nutno vzít také požadavky na řízení rychlosti motoru a polohy. 

Typy zátěží motoru

Existují čtyři typy zátěží motoru v průmyslové automatizaci:

  • proměnlivý výkon a konstantní krouticí moment
  • proměnlivý krouticí moment a konstantní výkon
  • proměnlivý výkon a proměnlivý krouticí moment
  • řízení polohy nebo řízení krouticího momentu 

K aplikacím s proměnlivým výkonem a konstantním krouticím momentem patří dopravníky, jeřáby a zubová čerpadla. V těchto aplikacích je krouticí moment konstantní, protože se zátěž nemění. Požadovaný výkon se může lišit v závislosti na aplikaci, a proto je zde vhodnou volbou střídavý a stejnosměrný motor s konstantní rychlostí. 

Příkladem aplikace s proměnlivým krouticím momentem a konstantním výkonem je stroj pro navíjení papíru. Rychlost materiálu zůstává konstantní, což znamená, že se výkon nemění. Avšak zátěž se mění s tím, jak se zvyšuje průměr role. U malých systémů je to dobrou aplikací pro stejnosměrné motory nebo servomotory. Svou roli hraje i rekuperační energie, kterou je nutno vzít v úvahu při dimenzování motoru nebo výběru metody pro řízení energie. Pro větší systémy mohou být vhodnější střídavé motory s enkodéry, řízení s uzavřenou smyčkou a čtyřkvadrantové pohony. 

Ventilátory, odstředivá čerpadla a míchačky vyžadují proměnlivý výkon a krouticí moment. Se zvyšováním rychlosti motoru se zvyšuje také zatížení společně s požadovaným výkonem a krouticím momentem. Právě u těchto typů zátěží začaly diskuse o účinnosti motoru při použití u střídavých motorů s frekvenčními měniči. 

Aplikace, jako jsou lineární akční členy, které se potřebují přesným způsobem dostávat do mnoha poloh, vyžadují přesné řízení polohy nebo krouticího momentu a často potřebují zpětnou vazbu pro ověření správné polohy motoru. Pro tyto aplikace jsou nejlepším řešením servomotory nebo krokové motory. Pro přesné momentové řízení u linek na výrobu oceli nebo papíru a v podobných aplikacích se často využívají také stejnosměrné motory se zpětnovazebním řízením nebo invertorové střídavé motory s enkodérem. 

Různé typy motorů

Přestože existují dvě hlavní klasifikace motoru, střídavé a stejnosměrné, v průmyslových aplikacích se používá více než třicet typů motorů. 

I když je typů motorů v průmyslových aplikacích mnoho, do značné míry se překrývají a pod tlakem trhu se výběr motorů zjednodušuje. Tím se pro řadu aplikací zúžila praktická nabídka motorů. Pro naprostou většinu aplikací je vhodný některý z šesti základních typů motorů, a to bezkartáčové a kartáčové stejnosměrné motory, střídavé motory s kotvou nakrátko a motory s vinutým rotorem, servomotory a krokové motory. Tyto typy motorů jsou použitelné v naprosté většině aplikací, přičemž jiné typy se používají pouze ve speciálních aplikacích. 

 

Tři hlavní typy aplikací

Třemi hlavními aplikacemi pro motory jsou konstantní rychlost, proměnlivá rychlost a řízení polohy (nebo momentu). Různé situace v průmyslové automatizaci vyžadují rozličné aplikace a požadavky a charakteristické soubory požadavků. 

Pokud je například nejvyšší rychlost nižší než základní rychlost motoru, může být nutno použít převodovku. Díky tomu také budou moci menší motory běžet energeticky účinnější rychlostí. I když na internetu je dostupných mnoho informací o tom, jak motor dimenzovat, uživatelé musejí zohlednit řadu faktorů a detailů. Pro výpočet setrvačnosti zátěže, krouticího momentu a rychlosti je nutné, aby uživatel znal parametry, jako je celková hmotnost a rozměr (poloměr) zátěže, stejně jako tření, ztráty v převodovce a cyklus stroje. Je nutno vzít v potaz také změny zátěže, tempa zrychlování nebo zpomalování a pracovní cyklus aplikace, jinak se motor může přehřívat. 

Po zvolení typu motoru a jeho dimenzování musí uživatel počítat také s vlivy prostředí a typy skříní motorů, jako je otevřený rám a kryt z nerezové oceli pro aplikace s oplachem. 

Výběr motoru: tři otázky

Poté, co má uživatel za sebou všechna výše popsaná rozhodnutí, musí si před konečným výběrem zodpovědět ještě následující tři otázky. 

1. Jde o aplikaci s konstantní rychlostí?

U aplikace s konstantní rychlostí motor často běží pouze přibližnou rychlostí a bere se jen malý nebo žádný ohled na náběh zrychlení a zpomalení. Tento typ aplikací obvykle využívá řízení s přímým zapnutím a vypnutím. Řídicí obvody často tvoří jisticí odbočkový obvod se stykačem, motorový spouštěč s nadproudovou ochranou a ruční regulátor motoru nebo náběhový spouštěč. 

Pro aplikace s konstantní rychlostí jsou vhodné střídavé i stejnosměrné motory. Stejnosměrné motory poskytují plný krouticí moment při nulové rychlosti a mají velkou instalovanou základnu. Střídavé motory jsou také dobrou volbou, protože mají vysoký účiník a nízké nároky na údržbu. Špičkové výkonové charakteristiky servomotorů nebo krokových motorů by naproti tomu byly pro jednoduchou aplikaci přemrštěné. 

2. Jde o aplikaci s proměnlivou rychlostí?

Aplikace s proměnlivou rychlostí obvykle vyžadují přesné změny rychlosti otáčení a definované náběhy zrychlení a zpomalení. Snížení rychlosti motoru v aplikaci, jako jsou ventilátory a odstředivá čerpadla, často zvyšuje účinnost tím, že se spotřebovaný výkon přizpůsobí zátěži namísto toho, aby motor běžel plnou rychlostí a výstup se škrtil nebo tlumil. Jde o velmi důležitá hlediska u aplikací s dopravníky, jako jsou lahvovací linky. 

V aplikacích s proměnlivou rychlostí fungují velmi dobře střídavé i stejnosměrné motory s odpovídajícími pohony. Po dlouhou dobu byla jedinou možností motoru s proměnlivou rychlostí konfigurace stejnosměrného motoru a pohonu a její komponenty prošly důkladným vývojem a jsou osvědčené. Dokonce i nyní jsou stejnosměrné motory populární v aplikacích s proměnlivou rychlostí a nízkým výkonem a jsou užitečné v aplikacích s nízkou rychlostí otáčení, protože mohou poskytovat plný krouticí moment za nízké rychlosti a konstantní krouticí moment napříč širokým rozsahem rychlostí motoru. 

Důležitým faktorem u stejnosměrných motorů však může být údržba, protože mnoho z nich vyžaduje pro komutaci kartáče a ty se kontaktem s pohybujícími díly opotřebovávají. Tento problém je odstraněn u bezkartáčových stejnosměrných motorů, které však mají vyšší počáteční náklady a výběr dostupných motorů je menší. 

Opotřebení kartáčů není problémem u střídavých indukčních motorů a frekvenční měnič (VFD) představuje praktické řešení u aplikací o výkonu nad 1 k, jako jsou ventilátorové a čerpadlové aplikace, kde přinášejí vyšší účinnost (viz obrázek 3). V závislosti na typu zvoleného pohonu motoru můžete získat schopnost přehledu o poloze. Pokud to aplikace vyžaduje, k motoru může být doplněn enkodér a pohon může být nastaven tak, aby využíval zpětnou vazbu z enkodéru. Taková konfigurace může poskytovat obdobnou rychlost jako servomotory. 

3. Vyžaduje aplikace řízení polohy?

Přesné řízení polohy je dosahováno prostřednictvím neustálého ověřování polohy motoru při jeho pohybu. Aplikace, jako je polohování nelineárního akčního členu, mohou využívat krokový motor se zpětnou vazbou nebo bez ní a servomotor se zabudovanou zpětnou vazbou. 

Krokový motor se přesně přesouvá střední rychlostí na určitou polohu a zůstává na ní. Systém krokového motoru s otevřenou smyčkou nabízí robustní polohování, pokud je řádně dimenzovaný. I když nepoužívá zpětnou vazbu, krokový motor se posune o přesný počet kroků, ledaže by se setkal s narušením zátěže nad svou kapacitu 

S tím, jak se rychlost a dynamika aplikace zvyšují, řízení pomocí krokového motoru s otevřenou smyčkou může přestat splňovat požadavky systému. V takovém případě je nezbytné přejít na krokový motor se zpětnovazebním řízením nebo na systém servomotoru. 

Systém s uzavřenou smyčkou poskytuje přesné profily vysokorychlostního posuvu a přesné řízení polohy. Servosystém poskytne vyšší krouticí moment za vysokých rychlostí v porovnání s krokovým motorem a funguje také lépe v aplikacích s vysoce dynamickou zátěží nebo se složitým polohováním. 

V případě vysoce přesného polohování s nízkým překmitem pozice musí odražená setrvačnost zátěže co nejpřesněji odpovídat setrvačnosti servomotoru. V některých případech může adekvátně fungovat i nesoulad 10 : 1, ale optimální je soulad 1 : 1. 

Převodová redukce rychlosti je vynikajícím způsobem, jak vyřešit problémy s nesouladem setrvačnosti, protože setrvačnost odražené zátěže klesá s druhou mocninou převodového poměru, nicméně do kalkulace musí být zahrnuta i setrvačnost převodové skříně. 

Aplikace a informace o motorech

Výrobci nabízejí široký výběr motorů pro průmyslové aplikace. Krokové motory, servomotory, střídavé motory a stejnosměrné motory dokážou splňovat většinu požadavků průmyslové automatizace, avšak volba ideálního motoru závisí na aplikaci. Ať už jde o aplikaci s konstantní rychlostí, proměnlivou rychlostí, nebo s řízením polohy, uživatelé by měli úzce spolupracovat s dodavatelem motorů a pohonů na výběru vhodného motoru pro danou aplikaci. 

Bryan Sisler je produktový manažer společnosti AutomationDirect. Upravil Chris Vavra, redaktor časopisu Control Engineering, CFE Media, cvavra@cfemedia.com.


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Snídaně s Matrikonem
2017-09-13 - 2017-09-13
Místo: Tančící kuchyně, Praha
WEBINÁŘ: Trendy v IIoT V
2017-09-13 - 2017-09-13
Místo: webinář
3. ročník konference SMART HOME
2017-09-19 - 2017-09-19
Místo: Grandior Hotel Prague, Na Poříčí 42, Praha, konferenční sál C + D
Moderní metody rozpoznávání a zpracování obrazových informací 2017
2017-09-19 - 2017-09-19
Místo: Technická univerzita v Liberci Budova G, Univerzitní náměstí 1410/1, Liberec (posluchárna G312)
Moderní technologie pro potravinářský průmysl IV
2017-09-20 - 2017-09-20
Místo: Kongresové centrum Praha

Katalog

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 737 489 292

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

Mitsubishi Electric Europe B.V.
Mitsubishi Electric Europe B.V.
Pekařská 621/7
155 00 Praha 5
tel. +420 251 551 470

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Ano, proto se je snažíme minimalizovat
Ne, jsou na odpovídající úrovni
Nejsou vysoké, ale rychle rostou

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2017 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI