Průvodce výběrem stejnosměrného motoru: Točivý moment, rychlost, napětí a aplikace

Stejnosměrný motor Průvodce výběrem: Kde začít

Výběr správného stejnosměrného motoru sestává ze čtyř čísel: požadovaný točivý moment, požadované otáčky, dostupné napájecí napětí a pracovní cyklus . Každé další rozhodnutí – kartáčovaný vs. bezkomutátorový, velikost motoru, převodový poměr – vyplývá z toho, že nejprve správně uvedete tyto čtyři. Nejčastějším důvodem, proč se motory zahřívají, zastavují se pod zatížením nebo se předčasně opotřebovávají, je vycházet z hlavního jmenovitého výkonu motoru namísto skutečného požadavku na zatížení.

Praktická výběrová sekvence nejprve projde mechanickou zátěží a poté ji převede do elektrických požadavků: definujte zátěžový moment a otáčky na výstupním hřídeli, zohledněte případné snížení převodovky, vypočítejte elektrický výkon a odběr proudu, který točivý moment vyžaduje, a teprve poté to zkontrolujte proti dostupnému napájecímu napětí a teplotním limitům kandidátských motorů.

Výpočet točivého momentu a požadavků na rychlost

Požadavky na krouticí moment začínají u mechanického zatížení: pro rotační zatížení se krouticí moment (v Nm) rovná síle působící na poloměr vynásobené tímto poloměrem; pro lineární pohyb vodícím šroubem nebo řemenem je krouticí moment odvozen od požadované síly dělené mechanickou výhodou hnacího systému. Přidejte bezpečnostní rezervu zhruba o 20–50 % nad vypočítaný moment v ustáleném stavu, abyste pokryli setrvačnost při rozjezdu, ztráty třením a kolísání zatížení.

Požadavky na rychlost jsou obvykle stanoveny dobou cyklu aplikace nebo rychlostí procesu, vyjádřenou v otáčkách za minutu na výstupním hřídeli. Pokud je mezi motor a zátěž umístěna převodovka, musí být vlastní otáčky hřídele motoru výstupní otáčky vynásobené převodovým poměrem a požadavek na točivý moment motoru úměrně klesá (před ztrátami účinnosti, které obvykle snižují využitelný točivý moment o 5-15 % v závislosti na typu převodovky).

Výběr správného napájecího napětí

Volba napětí je řízena zdrojem napájení systému a proudem, který může elektronika pohonu zvládnout, nikoli pouze otáčkami motoru. Pro daný výstupní výkon znamená vyšší napětí nižší odběr proudu , který umožňuje tenčí kabeláž, menší konektory a nižší odporové ztráty – důležitý faktor u dlouhých kabelů nebo vysoce výkonných průmyslových pohonů.

• Baterií napájené a přenosné zařízení: typicky omezeno na 12V, 24V nebo 48V DC sběrnicová napětí
• Průmyslové automatizační linky: často běží na 24V nebo 48V řídicím napětí nebo na vysokonapěťových DC sběrnicích pro velké servo a bezkomutátorové systémy
• Vyvarujte se výběru motoru, který je dimenzován vysoko nad dostupné napájecí napětí – jeho provoz pod napětím snižuje dostupný točivý moment a může způsobit nepravidelnou regulaci otáček

Stejnosměrné motory v průmyslových a automatizačních aplikacích

Průmyslová a automatizační zařízení upřednostňují stejnosměrné motory – zejména bezkomutátorové konstrukce – kde na přesném a opakovatelném řízení pohybu záleží více než na surovém výkonu. Dopravníkové systémy, balicí linky, CNC pohony os a zařízení pro manipulaci s materiálem běžně používají bezkomutátorové stejnosměrné motory nebo stejnosměrné motory servomotoru spárované s kodéry pro zpětnou vazbu polohy a rychlosti v uzavřené smyčce.

• Pohony dopravníků a válečků: kartáčované nebo bezkomutátorové stejnosměrné motory přizpůsobené požadavkům na zátěžový moment a rychlost pásu
• Pick-and-place a CNC osy: bezkomutátorové DC nebo DC servomotory pro přesné, opakovatelné polohování
• Čerpadla a ventilátory v procesních zařízeních: PMDC nebo BLDC motory vybrané pro nepřetržitou účinnost
• Automatizovaná řízená vozidla (AGV) a mobilní roboti: kompaktní BLDC motory vybrané pro vysokou hustotu točivého momentu a účinnost baterie

Aplikace s vysokým točivým momentem a kompaktní motory pro robotiku

Aplikace stejnosměrných motorů s vysokým točivým momentem – jeřáby, navijáky, elektrické pohony a výkonné spouštěcí motory – obvykle vyžadují bezkomutátorové konstrukce se sériovým vinutím nebo s vysokým počtem pólů, které jsou schopny dodávat velký točivý moment při nízkých otáčkách, často ve spojení s převodovkou pro další znásobení točivého momentu na výstupním hřídeli. Tyto aplikace upřednostňují rozběhový moment a tepelnou kapacitu před maximální rychlostí.

Robotické aplikace jsou na druhém konci spektra: kompaktní bezkomutátorové stejnosměrné motory s vysokou hustotou točivého momentu a integrovanými enkodéry jsou standardní volbou pro kloubové pohony a mobilní platformy, kde každý gram hmotnosti a každý milimetr průměru pouzdra ovlivňuje celkový výkon systému. Bezjádrové a bezrámové konstrukce BLDC se stále častěji používají v robotických kloubech, konkrétně proto, že snižují točivý moment ozubení a zlepšují plynulost ovládání při nízkých rychlostech.

DC motor versus AC motor

Základní rozdíl je v jednoduchosti ovládání oproti hrubé škálovatelnosti: Stejnosměrné motory nabízejí přímou regulaci rychlosti a točivého momentu prostřednictvím nastavení napětí a proudu, zatímco střídavé motory vynikají vysokým výkonem, nepřetržitým provozem s nižšími nároky na údržbu. . Střídavé indukční motory dominují velkým průmyslovým pohonům s pevnými otáčkami – čerpadla, kompresory, velké ventilátory – kde se jejich robustnost a nedostatek kartáčů nebo magnetů promítají do delší životnosti při vysokých úrovních výkonu.