info@zanustechnology.com
+381 11 454 10 51

Kako Odabrati Tip Elektromotora?

Kako Odabrati Tip Elektromotora?

Mehanička izlazna snaga, sistem ležajeva vratila, korišćeni komutacioni sistem i moguće kombinacije sa zupčanicima i senzorima – postoje mnogi parametri koji definišu tip elektromotora. Najvažniji kriterijumi za odabir elektromotora predstavljaju zahtevane brzine i obrtni momenat, kao i komutacioni sistem.

Neke od formula koje se koriste u ovom članku koriste indekse koje treba objasniti. Promenljive na vratilu elektromotora (izlaz) se identifikuju sa indeksima Mot. Na primer, nMot označava potrebnu brzinu elektromotora. Parametri koji opisuju karakteristike elektromotora nemaju poseban dodatni indeks. Na primer, no označava brzinu elektromotora bez opterećenja.

Prvo ćemo razgovarati o zahtevima brzine i obrtnog momenta. Maksimalna brzina koja se javlja na osovini elektromotora nmaxMot treba da bude ispod maksimalno dozvoljene brzine elektromotora nmax, ili nmaxMot < nmax.

Po pravilu, očekivani vek trajanja se smanjuje kako se brzina elektromotora povećava zbog većeg opterećenja ležajeva i većeg mehaničkog habanja sistema četkica na DC motorima. Generisanje buke se takođe povećava. Ovi efekti su posebno izraženi pri brzinama iznad maksimalno dozvoljene brzine. Efektivni obrtni moment MrmsMot koji je potreban mora biti manji od nominalnog obrtnog momenta elektromotora MN, ili MrmsMot < MN.

Nominalni obrtni moment se izvodi iz nominalne struje IN, koja je izabrana da bude jednaka maksimalnoj kontinuiranoj struji motora (sa termičke tačke gledišta). Imajte na umu da su niski gubici trenja motora uključeni u dozvoljeni kontinuirani obrtni moment motora. Gubici trenja grafitnih četkica i gubici gvožđa kod EC motora bez četkica zavise od brzine. Rezultat je vidljiva zaobljena granica njihovog neprekidnog radnog opsega.

Elektromotor mora biti u stanju da proizvede maksimalni obrtni moment za aplikaciju za koju se koristi. To znači da tokom pokretanja ne bi trebalo prekoračiti obrtni moment motora pri nominalnom naponu MH. Na većim motorima sa odgovarajućim većim obrtnim momentom zastoja, kratki vršni obrtni momenti do približno četiri puta većeg od nominalnog obrtnog momenta MN mogu se upravljati bez ikakvih problema: MmaxMot < 4 • MN ili MaxMot < MH.

Detaljnija analiza bi uzela u obzir obim i trajanje preopterećenja, kao i temperaturu namotaja i okoline. U veoma dinamičnim primenama, dodatni obrtni moment potreban za ubrzanje elektromotora mora biti uključen u izračunavanje radnih tačaka: MMot,a = Jrot • p/30 • DnMot/Dta (trajanje Dta, moment inercije rotora Jrot ). Efikasno opterećenje se tada mora ponovo izračunati.

Postoje uticaji na nominalni obrtni moment. Uzmite, na primer, nominalni obrtni moment u maxon elektromotoru. MN predstavlja maksimalni dozvoljeni kontinuirani obrtni moment. U standardnim uslovima na 25 stepeni C motor dostiže maksimalnu dozvoljenu temperaturu maxon-ovog EC 4-polnog motora bez četkica. Nominalni obrtni moment varira u zavisnosti od temperature okoline TAmb i uslova montaže; viša temperatura okoline rezultira manje efikasnom disipacijom toplote i posledično nižim kontinuiranim obrtnim momentom.

Slično, detalji termičke spojnice utiču na toplotni otpor Rth2 između kućišta i okoline, a time i na nominalni obrtni moment. Kako se rasipanje toplote poboljšava, kao pri nižem Rth2, nominalni obrtni moment motora se povećava. Toplotni otpor Rth2 se lako može smanjiti za polovinu prinudnim hlađenjem ili termičkim spajanjem na toplotni (metalni) hladnjak.

Izbor odgovarajućeg komutacionog sistema je važno pitanje. Prvi izbor koji treba napraviti je između mehaničke komutacije (DC motor sa četkama) i elektronske komutacije (EC motor ili DC motor bez četkica, BLDC). Razmatranja koja se odnose na očekivani životni vek, pouzdanost, jednostavnost pokretanja i maksimalnu brzinu igraju ulogu u ovom procesu. Osim toga, moraju se uzeti u obzir i posebni uslovi okoline kao što je rad u vakuumu ili sposobnost da se izdrži sterilizacija.

PRIMERI: IZBOR TIPA MOTORA (KOMUTACIJA I SISTEM LEŽAJEVA)

Linearna osa za pozicioniranje

Proizvodni uređaji su uglavnom opremljeni motorima bez četkica koji garantuju dug radni vek uz minimalno održavanje. Pošto su ovi pogoni precizno kontrolisani, dodatni troškovi za elektronsku komutaciju imaju samo marginalni značaj u procesu selekcije. Tipični uslovi rada su start-stop pokreti u oba smera rotacije sa periodima ciklusa od nekoliko sekundi i non-stop.

Procena, izbor komutacije i sistema ležajeva:

  • Veoma dug životni vek potreban u radnim satima i broju radnih ciklusa
  • Ciklično kretanje u oba smera rotacije
  • Radni vek se može postići samo sa EC motorom bez četkica i prednapregnutim kugličnim ležajevima – uglavnom u kombinaciji sa senzorom povratne informacije

Pogoni bilborda

Bilbordi na kojima se oglasi rotiraju i menjaju u određenim intervalima privlače pažnju i omogućavaju prikazivanje nekoliko oglasa u jednom prostoru. Tipični zahtevi za rad su: non-stop funkcionisanje i zaustavljanje rada sa vremenom ciklusa od 10 sekundi (npr. 2 sekunde uključeno, 8 sekundi isključeno). Tokom radnog veka od 10 godina, ovo dolazi do približno 30 miliona radnih ciklusa i ukupno vreme rada od 17.500 sati.

Procena, izbor komutacije i sistema ležajeva:

  • Potreban radni vek veoma dug
  • Ciklično kretanje u oba smera rotacije
  • Očekivani životni vek se verovatno može postići samo sa komutacijom bez četkica (EC motori) i prednapregnutim kugličnim ležajevima
  • Za male brzine opterećenja mora se uzeti u obzir kombinacija sa keramičkim zupčanikom
  • Napomena o kontrolnom sistemu: povratne informacije Holovih senzora motora koje se koriste za komutaciju mogu biti dovoljne za pozicioniranje, s obzirom na dovoljno visok odnos stepena prenosa

Izbor namotaja elektromotora

Pronalaženje odgovarajućeg namotaja za odabrani tip motora znači razumevanje električnih karakteristika, koje variraju unutar serije namotaja. Cilj procesa izbora namotaja je da se postigne optimalno podudaranje između aspekta električne i mehaničke snage.

Linija brzina-moment opisuje moguća radna stanja (radne tačke) elektromotora pri datom primenjenom naponu motora UMot. Na DC i EC motorima, ova karakteristična linija je predstavljena u standardnom dijagramu (brzina naspram obrtnog momenta) kao linearni odnos koji se kreće od brzine praznog hoda n0 (moment 0) do momenta zaustavljanja MH (brzina 0). Sledi jednačina: n = kn • UMot – Dn/DM • M, where Dn/DM, gde je Dn/DM nagib linije brzina-moment, a kn konstanta brzine elektromotora.

Linija brzina-okretni moment opisuje kako elektromotor postaje progresivno sporiji kako se opterećenje povećava, sve dok se na kraju ne zaustavi na momentu zaustavljanja. Sa tačke gledišta obrtnog momenta, elektromotor pokazuje maksimalni obrtni moment pri zastoju, a što se brže okreće, proizvodi manji obrtni moment.

U katalozima elektromotora, vrednosti zavisne od napona se često daju pri nazivnom naponu UN (shvaćenom kao nominalni napon), što nije nužno napon na kojem motor mora da radi. Uticaj primenjenog napona motora UMot na liniju brzina-moment je paralelno pomeranje: naviše pri višim naponima i naniže pri nižim naponima. Nagib ostaje isti. Brzina praznog hoda i obrtni moment se menjaju u skladu sa tim. Brzina praznog hoda se lako izračunava korišćenjem primenjenog napona motora i konstante brzine: n0 = kn • UMot. Imajte na umu da ovaj jednostavan odnos između brzine motora i primenjenog napona važi samo pri radu bez opterećenja.

Karakteristične linije različitih namotaja maxon elektromotora, na primer, predstavljene su pri njihovom specifičnom nominalnom naponu. Nominalni naponi se biraju da daju rezultujuću brzinu praznog hoda koja je slična za sve različite namotaje. Ako sve ove karakteristične linije nacrtamo kao napone istog motora, dobićemo dijagram koji prikazuje grupu paralelnih pravih linija. Ovaj rezultat je zato što sve karakteristične linije namotaja datog tipa motora imaju približno istu vrednost nagiba ili gradijenta, čak i pri različitim konstantama brzine (kn).

Nagib ili gradijent linije obrtnog momenta brzine je mera performansi elektromotora. Ravna linija brzina-moment sa niskom vrednošću za nagib odgovara moćnom motoru gde brzina varira samo neznatno kako se opterećenje povećava. Manje snažni elektromotori imaju strmiju liniju obrtnog momenta brzine sa odgovarajućom većom vrednošću za nagib.

Na većim motorima nalazimo konstantu k kao uporedno merenje performansi motora, koje je dato Nm/W1/2. A. Veća vrednost k ukazuje na snažniji motor. Nagib karakteristične linije ima isto značenje kao k, a povezani su sa Dn/DM ¥ 1/k2, iako je Dn/DM praktičniji za proračune.

Na primer, nagib linije brzina-moment od 5 rpm/mNm znači da pri konstantnom primenjenom naponu povećanje potrebnog obrtnog momenta za 10 mNm dovodi do pada brzine za 10 mNm • 5 o/min/mNm = 50 o/min.

Nagib linije brzina-moment elektromotora može se izračunati iz vrednosti brzine praznog hoda n0 i obrtnog momenta MH navedenih u tehničkim listovima motora. Primenjuje se sledeća jednačina: Dn/DM = n0/MH. Ako data sheet elektromotora nije dostupan, nagib linije brzina-moment se može izračunati iz merenja brzine praznog hoda n0 na naponu motora U i iz otpora motora R: Dn/DM = p/30 • R • n0 2/U. Električni otpor R motora treba stoga odrediti merenjem struje sa zaključanom osovinom motora (startna struja IA): R = U/IA.

Cilj izbora namotaja je da se pronađe elektromotor sa linijom obrtnog momenta brzine koja pokriva sve radne tačke koje diktira opterećenje na datom naponu – ekstremnu radnu tačku. Linija brzina-moment mora da se proteže iznad ove tačke pri maksimalnom dostupnom naponu. Sve ostale radne tačke se tada mogu postići smanjenjem napona elektromotora. Ova ekstremna radna tačka pada na kraju procesa ubrzanja, gde su i obrtni moment i brzina maksimalni.

Za metodično određivanje odgovarajućih namotaja, pretpostavite da optimalni namotaj za primenu ima liniju brzina-moment koja prolazi direktno kroz ekstremnu radnu tačku (MmakMot, nmakMot) pri maksimalnom mogućem naponu elektromotora UMot. Pod pretpostavkom prosečnog nagiba linije brzina-okretni moment za tip elektromotora, možemo izračunati brzinu praznog hoda n0,theor kao pomoćnu promenljivu: n0,theor = nmaxMot + (Dn/DM)avg • MmaxMot.

Imajte na umu da konzervativniji pristup uzima nagib najmanje snažnog namotaja od tipa elektromotora koji se razmatra (tj. najstrmiji nagib). Shodno tome, n0,theor postaje veće. Ova teoretska brzina u praznom hodu mora se postići sa maksimalnim naponom UM koji je dostupan motoru. Ovo je ekvivalentno tome da kažemo da konstanta brzine kn odabranog elektromotora mora biti veća od odnosa brzine u praznom hodu i napona motora: kn > n0,theor/UMot.

Do ovog trenutka nisu eksplicitno uzete u obzir tolerancije u opterećenju, pogonu, elektromotoru, kontroleru i napajanju. Sada možemo nadoknaditi ovaj nedostatak razmatranja odabirom namotaja sa konstantom brzine koja je veća za približno 20%: kn > 1.2 • n0,theor/UMot = 1.2/UMot (nmaxMot + (Dn/DM)avg • MmaxMot).

Poslednji korak je da se proveri da li dostupna struja za izabrani namotaj motora može da proizvede potreban izlazni obrtni moment i za povremeni i za kontinuirani rad. Na maxon elektromotorima, proizvedeni obrtni moment je proporcionalan struji motora koja se lako može izračunati pomoću konstante obrtnog momenta kM. Gubici koji se javljaju u motoru takođe se moraju uzeti u obzir. One se izražavaju strujom praznog hoda I0, koja neznatno zavisi od brzine. Međutim, da bi se procenilo da li je trenutno dostupno dovoljno, ova zavisnost se može zanemariti. Rezultujući kriterijum izbora je stoga da u svakom vremenskom ciklusu raspoloživa struja IMot mora biti veća od struje potrebne za proizvodnju obrtnog momenta opterećenja (uključujući struju praznog hoda motora): IMot > MmakMot/kM + I0. Trenutni IMot dostupan na motoru je određen karakteristikama napajanja i kontrolera.

Odabrati tip elektromotora, uključujući izbor namotaja, na kraju, ne zahteva toliko proračuna kao što se misli. Posedovanje specifikacija elektromotora pri ruci i poznavanje nekoliko ključnih karakteristika motora u vezi sa specifičnom primenom često pruža sve potrebne podatke potrebne da se dođe do upotrebljivog rešenja. Isprobajte maxonov program za izbor elektromotora koji je jednostavan za korišćenje.

Ukoliko imate bilo kakav zahtev na polju drajvera, senzora, aktuatora ili elektromotora, pišite nam na info@zanustechnology.com .

Tags: , ,