Istnieją cztery typy obciążeń silników automatyki przemysłowej:
1. Regulowana moc i stały moment obrotowy: Zastosowania o zmiennej mocy i stałym momencie obrotowym obejmują przenośniki, dźwigi i pompy zębate. W tych zastosowaniach moment obrotowy jest stały, ponieważ obciążenie jest stałe. Wymagana moc może się różnić w zależności od zastosowania, co sprawia, że silniki prądu przemiennego i stałego o stałej prędkości obrotowej są dobrym wyborem.
2. Zmienny moment obrotowy i stała moc: Przykładem zastosowań zmiennego momentu obrotowego i stałej mocy jest przewijanie papieru. Prędkość materiału pozostaje taka sama, co oznacza, że moc się nie zmienia. Jednak wraz ze wzrostem średnicy rolki zmienia się obciążenie. W małych systemach jest to dobre rozwiązanie dla silników prądu stałego lub serwosilników. Energia regeneracyjna jest również istotna i powinna być uwzględniona przy określaniu rozmiaru silnika przemysłowego lub wyborze metody sterowania energią. Silniki prądu przemiennego z enkoderami, sterowaniem w pętli zamkniętej i napędami pełnokwadrantowymi mogą być korzystne w większych systemach.
3. Regulowana moc i moment obrotowy: wentylatory, pompy odśrodkowe i mieszadła wymagają zmiennej mocy i momentu obrotowego. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika przemysłowego, rośnie również obciążenie, wraz z wymaganą mocą i momentem obrotowym. Właśnie w takich obciążeniach rozpoczyna się dyskusja o sprawności silnika, ponieważ falowniki obciążają silniki prądu przemiennego za pomocą napędów o zmiennej prędkości (VSD).
4. Sterowanie położeniem lub momentem obrotowym: Zastosowania takie jak napędy liniowe, które wymagają precyzyjnego ruchu w wielu pozycjach, precyzyjnej kontroli położenia lub momentu obrotowego oraz często sprzężenia zwrotnego w celu weryfikacji prawidłowego położenia silnika. Serwosilniki lub silniki krokowe są najlepszym wyborem do tych zastosowań, ale silniki prądu stałego ze sprzężeniem zwrotnym lub silniki prądu przemiennego z falownikiem i enkoderami są powszechnie stosowane w liniach produkcyjnych stali lub papieru oraz w podobnych zastosowaniach.
Różne typy silników przemysłowych
Chociaż w zastosowaniach przemysłowych stosuje się ponad 36 typów silników prądu przemiennego/stałego, istnieje wiele rodzajów silników, które w dużej mierze pokrywają się w zastosowaniach przemysłowych, a rynek dąży do uproszczenia wyboru silników. To zawęża praktyczny wybór silników w większości zastosowań. Sześć najpopularniejszych typów silników, odpowiednich do zdecydowanej większości zastosowań, to bezszczotkowe i szczotkowe silniki prądu stałego, silniki prądu przemiennego klatkowe i z wirnikiem uzwojonym, serwosilniki i silniki krokowe. Te typy silników nadają się do zdecydowanej większości zastosowań, podczas gdy inne typy są używane tylko do zastosowań specjalnych.
Trzy główne typy zastosowań silników przemysłowych
Trzy główne zastosowania silników przemysłowych to stała prędkość, zmienna prędkość oraz sterowanie położeniem (lub momentem obrotowym). Różne sytuacje automatyki przemysłowej wymagają różnych zastosowań i problemów, a także własnych zestawów problemów. Na przykład, jeśli prędkość maksymalna jest mniejsza niż prędkość odniesienia silnika, wymagana jest przekładnia. Pozwala to również mniejszemu silnikowi pracować z bardziej efektywną prędkością. Chociaż w internecie można znaleźć mnóstwo informacji na temat określania wielkości silnika, istnieje wiele czynników, które użytkownicy muszą wziąć pod uwagę, ponieważ istnieje wiele szczegółów do rozważenia. Obliczenie bezwładności obciążenia, momentu obrotowego i prędkości wymaga od użytkownika zrozumienia parametrów, takich jak całkowita masa i rozmiar (promień) obciążenia, a także tarcie, straty w przekładni i cykl maszyny. Należy również uwzględnić zmiany obciążenia, prędkość przyspieszania lub zwalniania oraz współczynnik wypełnienia, w przeciwnym razie silniki przemysłowe mogą się przegrzewać. Silniki indukcyjne prądu przemiennego są popularnym wyborem w przemysłowych zastosowaniach z ruchem obrotowym. Po wyborze typu i rozmiaru silnika, użytkownicy muszą również wziąć pod uwagę czynniki środowiskowe i typy obudów silnika, takie jak zastosowania z otwartą ramą i mycie obudów ze stali nierdzewnej.
Jak wybrać silnik przemysłowy
Trzy główne problemy wyboru silników przemysłowych
1. Aplikacje o stałej prędkości?
W zastosowaniach o stałej prędkości silnik zazwyczaj pracuje z podobną prędkością, z niewielkim lub żadnym uwzględnieniem ramp przyspieszania i zwalniania. Tego typu zastosowania zazwyczaj wykorzystują sterowanie w trybie on/off. Obwód sterowania zazwyczaj składa się z bezpiecznika obwodu odgałęzionego ze stycznikiem, przemysłowego rozrusznika silnika z zabezpieczeniem przeciążeniowym oraz ręcznego sterownika silnika lub softstartu. Zarówno silniki prądu przemiennego, jak i stałego nadają się do zastosowań o stałej prędkości. Silniki prądu stałego oferują pełny moment obrotowy przy zerowej prędkości i mają dużą podstawę montażową. Silniki prądu przemiennego są również dobrym wyborem, ponieważ charakteryzują się wysokim współczynnikiem mocy i wymagają niewielkiej konserwacji. Z kolei wysokie parametry pracy serwosilnika lub silnika krokowego byłyby uważane za przesadne w przypadku prostych zastosowań.
2. Aplikacja o zmiennej prędkości?
Zastosowania o zmiennej prędkości obrotowej zazwyczaj wymagają kompaktowych prędkości i zmian prędkości, a także zdefiniowanych ramp przyspieszania i zwalniania. W zastosowaniach praktycznych, zmniejszenie prędkości silników przemysłowych, takich jak wentylatory i pompy odśrodkowe, zazwyczaj ma na celu poprawę wydajności poprzez dopasowanie poboru mocy do obciążenia, zamiast pracy z pełną prędkością i dławienia lub tłumienia mocy wyjściowej. Jest to bardzo ważne w przypadku zastosowań transportowych, takich jak linie rozlewnicze. Połączenie silników prądu przemiennego i przemienników częstotliwości (VFDS) jest szeroko stosowane w celu zwiększenia wydajności i dobrze sprawdza się w różnych zastosowaniach o zmiennej prędkości obrotowej. Zarówno silniki prądu przemiennego, jak i prądu stałego z odpowiednimi napędami dobrze sprawdzają się w zastosowaniach o zmiennej prędkości obrotowej. Silniki prądu stałego i konfiguracje napędów od dawna stanowią jedyny wybór w przypadku silników o zmiennej prędkości obrotowej, a ich komponenty zostały opracowane i sprawdzone. Nawet obecnie silniki prądu stałego są popularne w zastosowaniach o zmiennej prędkości obrotowej, wymagających ułamkowej mocy i są przydatne w zastosowaniach o niskiej prędkości obrotowej, ponieważ zapewniają pełny moment obrotowy przy niskich prędkościach i stały moment obrotowy przy różnych prędkościach silników przemysłowych. Należy jednak pamiętać o konserwacji silników prądu stałego, ponieważ wiele z nich wymaga komutacji za pomocą szczotek i zużywa się w wyniku kontaktu z ruchomymi częściami. Bezszczotkowe silniki prądu stałego eliminują ten problem, ale są droższe, a asortyment dostępnych silników przemysłowych jest mniejszy. Zużycie szczotek nie stanowi problemu w przypadku silników indukcyjnych prądu przemiennego, natomiast przemienniki częstotliwości (VFDS) stanowią użyteczne rozwiązanie w zastosowaniach o mocy powyżej 1 KM, takich jak wentylatory i pompy, co może zwiększyć wydajność. Wybór typu napędu do obsługi silnika przemysłowego może zwiększyć świadomość położenia. W razie potrzeby do silnika można dodać enkoder, a także skonfigurować napęd tak, aby korzystał ze sprzężenia zwrotnego z enkodera. W rezultacie taka konfiguracja może zapewnić prędkości porównywalne z serwomechanizmami.
3. Czy potrzebujesz kontroli położenia?
Precyzyjna kontrola położenia jest osiągana poprzez ciągłą weryfikację położenia silnika podczas jego ruchu. W zastosowaniach takich jak pozycjonowanie napędów liniowych można stosować silniki krokowe ze sprzężeniem zwrotnym lub bez, a także serwosilniki z wbudowanym sprzężeniem zwrotnym. Silnik krokowy precyzyjnie porusza się do zadanej pozycji z umiarkowaną prędkością, a następnie utrzymuje tę pozycję. Układ krokowy z otwartą pętlą zapewnia wydajną kontrolę położenia, jeśli jest odpowiednio dobrany. W przypadku braku sprzężenia zwrotnego silnik krokowy wykona dokładną liczbę kroków, chyba że napotka przerwę w obciążeniu przekraczającą jego możliwości. Wraz ze wzrostem prędkości i dynamiki aplikacji, sterowanie silnikiem krokowym w pętli otwartej może nie spełniać wymagań systemu, co wymaga modernizacji do silnika krokowego lub serwosilnika ze sprzężeniem zwrotnym. Układ z zamkniętą pętlą zapewnia precyzyjne, szybkie profile ruchu i precyzyjną kontrolę położenia. Układy serwo zapewniają wyższy moment obrotowy niż silniki krokowe przy dużych prędkościach, a także lepiej sprawdzają się w przypadku obciążeń o wysokiej dynamice lub złożonych aplikacji ruchu. Aby uzyskać ruch o wysokiej wydajności z niskim przeregulowaniem położenia, odbita bezwładność obciążenia powinna w jak największym stopniu odpowiadać bezwładności serwosilnika. W niektórych zastosowaniach wystarczająca jest różnica do 10:1, ale optymalna to 1:1. Redukcja przełożeń to dobry sposób na rozwiązanie problemu niedopasowania bezwładności, ponieważ bezwładność obciążenia odbitego spada o kwadrat przełożenia, ale w obliczeniach należy uwzględnić bezwładność przekładni.
Czas publikacji: 16-06-2023