Sprievodca výberom jednosmerného motora: Krútiaci moment, rýchlosť, napätie a aplikácie

Jednosmerný motor Sprievodca výberom: Kde začať

Výber správneho jednosmerného motora sa obmedzí na štyri čísla: požadovaný krútiaci moment, požadované otáčky, dostupné napájacie napätie a pracovný cyklus . Každé ďalšie rozhodnutie – kartáčovaný verzus bezkomutátorový, veľkosť motora, prevodový pomer – vyplýva z toho, že najprv správne vybavíte tieto štyri. Vychádzajúc z hlavného menovitého výkonu motora namiesto skutočnej požiadavky na zaťaženie je najčastejším dôvodom, prečo sa motory zohrievajú, zastavujú sa pri zaťažení alebo sa predčasne opotrebúvajú.

Praktická výberová sekvencia najprv pracuje s mechanickým zaťažením a potom to premietne do elektrických požiadaviek: definujte záťažový krútiaci moment a otáčky na výstupnom hriadeli, zohľadnite akékoľvek zníženie prevodovky, vypočítajte elektrický výkon a odber prúdu, ktorý si vyžaduje krútiaci moment, a až potom to skontrolujte vzhľadom na dostupné napájacie napätie a tepelné limity kandidátskych motorov.

Výpočet požiadaviek na krútiaci moment a rýchlosť

Požiadavky na krútiaci moment začínajú mechanickým zaťažením: pre rotačné zaťaženie sa krútiaci moment (v Nm) rovná sile pôsobiacej v polomere vynásobenej týmto polomerom; pre lineárny pohyb cez vodiacu skrutku alebo remeň je krútiaci moment odvodený od požadovanej sily vydelenej mechanickou výhodou hnacieho systému. Pridajte bezpečnostnú rezervu približne 20 – 50 % nad vypočítaný krútiaci moment v ustálenom stave, aby ste pokryli zotrvačnosť pri štartovaní, straty trením a kolísanie zaťaženia.

Požiadavky na rýchlosť sú zvyčajne stanovené dobou cyklu aplikácie alebo rýchlosťou procesu vyjadrenou v otáčkach za minútu na výstupnom hriadeli. Ak je medzi motorom a záťažou umiestnená prevodovka, otáčky vlastného hriadeľa motora musia byť výstupné otáčky vynásobené prevodovým pomerom a požiadavka na krútiaci moment motora úmerne klesá (pred stratami účinnosti, ktoré zvyčajne znižujú využiteľný krútiaci moment o 5-15 % v závislosti od typu prevodovky).

Výber správneho napájacieho napätia

Výber napätia je riadený zdrojom napájania systému a prúdom, ktorý dokáže elektronika pohonu zvládnuť, nie iba rýchlosťou motora. Pre daný výkon znamená vyššie napätie nižší odber prúdu , ktorý umožňuje tenšie vedenie, menšie konektory a nižšie odporové straty – dôležitý faktor pri dlhých káblových vedeniach alebo vysokovýkonných priemyselných pohonoch.

• Batériou napájané a prenosné zariadenia: typicky obmedzené na 12V, 24V alebo 48V jednosmerné napätie zbernice
• Priemyselné automatizačné linky: často bežia na 24V alebo 48V riadiacom napätí alebo na vysokonapäťových jednosmerných zberniciach pre veľké servo a bezkefkové systémy
• Vyhnite sa voľbe motora, ktorý je dimenzovaný výrazne nad dostupné napájacie napätie – jeho prevádzka pod napätím znižuje dostupný krútiaci moment a môže spôsobiť nepravidelnú reguláciu rýchlosti

Jednosmerné motory v priemyselných a automatizačných aplikáciách

Priemyselné a automatizačné zariadenia uprednostňujú jednosmerné motory – najmä bezkomutátorové konštrukcie – kde na presnom, opakovateľnom riadení pohybu záleží viac ako na surovom výkone. Dopravné systémy, baliace linky, pohony CNC osí a zariadenia na manipuláciu s materiálom bežne používajú bezkefkové jednosmerné motory alebo jednosmerné motory servomotora spárované s kódovačmi pre spätnú väzbu polohy a rýchlosti v uzavretej slučke.

• Pohony dopravníkov a valčekov: kartáčované alebo bezkefkové jednosmerné motory prispôsobené požiadavkám na záťažový moment a rýchlosť pásu
• Pick-and-place a CNC osi: bezuhlíkové DC alebo DC servomotory pre presné, opakovateľné polohovanie
• Čerpadlá a ventilátory v procesných zariadeniach: PMDC alebo BLDC motory vybrané pre nepretržitú účinnosť
• Automatizované riadené vozidlá (AGV) a mobilné roboty: kompaktné BLDC motory zvolené pre vysokú hustotu krútiaceho momentu a účinnosť batérie

Aplikácie s vysokým krútiacim momentom a kompaktné motory pre robotiku

Aplikácie jednosmerných motorov s vysokým krútiacim momentom – žeriavy, navijaky, elektrické pohony a vysokovýkonné štartovacie motory – si zvyčajne vyžadujú bezkomutátorové konštrukcie so sériovým vinutím alebo s vysokým počtom pólov, ktoré sú schopné dodávať veľký krútiaci moment pri nízkych otáčkach, často spárované s prevodovkou na ďalšie znásobenie krútiaceho momentu na výstupnom hriadeli. Tieto aplikácie uprednostňujú rozbehový krútiaci moment a tepelnú kapacitu pred maximálnou rýchlosťou.

Robotické aplikácie sú na druhom konci spektra: kompaktné bezkomutátorové jednosmerné motory s vysokou hustotou krútiaceho momentu s integrovanými enkodérmi sú štandardnou voľbou pre kĺbové pohony a mobilné platformy, kde každý gram hmotnosti a každý milimeter priemeru krytu ovplyvňuje celkový výkon systému. Bezjadrové a bezrámové konštrukcie BLDC sa čoraz častejšie používajú v robotických kĺboch, konkrétne preto, že znižujú krútiaci moment ozubenia a zlepšujú plynulosť ovládania pri nízkych rýchlostiach.

DC motor vs AC motor

Základným rozdielom je jednoduchosť ovládania oproti hrubej škálovateľnosti: Jednosmerné motory ponúkajú priamu reguláciu otáčok a krútiaceho momentu prostredníctvom nastavenia napätia a prúdu, zatiaľ čo striedavé motory vynikajú vysokovýkonnou, nepretržitou prevádzkou s nižšou údržbou . AC indukčné motory dominujú vo veľkých priemyselných pohonoch s pevnými otáčkami – čerpadlá, kompresory, veľké ventilátory – kde sa ich robustnosť a nedostatok kief alebo magnetov premieta do dlhšej životnosti pri vysokých úrovniach výkonu.