Egyenáramú motor kiválasztásának útmutatója: nyomaték, sebesség, feszültség és alkalmazások

DC motor Kiválasztási útmutató: Hol kezdjem

A megfelelő egyenáramú motor kiválasztása négy számjegyből áll: a szükséges nyomaték, a szükséges fordulatszám, a rendelkezésre álló tápfeszültség és a munkaciklus . Minden más döntés – kefés vagy kefe nélküli, motorméret, sebességváltó áttétel – abból következik, hogy először ezt a négyet helyesbítjük. A motorok névleges teljesítményéből való kiindulás a tényleges terhelési igény helyett a leggyakoribb oka annak, hogy a motorok felforrósodnak, terhelés alatt leállnak vagy korán elhasználódnak.

Egy gyakorlati kiválasztási folyamat először a mechanikai terhelésen dolgozik, majd azt elektromos követelményekké alakítja át: határozza meg a terhelési nyomatékot és a fordulatszámot a kimenő tengelyen, vegye figyelembe a sebességváltó esetleges csökkenését, számítsa ki a nyomaték által igényelt elektromos teljesítményt és áramfelvételt, és csak azután ellenőrizze ezt a rendelkezésre álló tápfeszültséggel és a jelölt motorok termikus határértékeivel.

Nyomaték- és fordulatszám-követelmények kiszámítása

A nyomatékkövetelmények a mechanikai terheléstől kezdődnek: forgó terhelés esetén a nyomaték (Nm-ben) egyenlő a sugáron kifejtett erő szorzatával; a vezérorsóval vagy szíjjal történő lineáris mozgáshoz a forgatónyomatékot a szükséges erő és a meghajtórendszer mechanikai előnye hányadosa adja. Adjon hozzá körülbelül 20-50%-os biztonsági ráhagyást a kiszámított állandósult nyomatékhoz, hogy fedezze az indítási tehetetlenséget, a súrlódási veszteségeket és a terhelésváltozást.

A fordulatszám-követelményeket jellemzően az alkalmazási ciklus ideje vagy a folyamat sebessége határozza meg, fordulatszámban kifejezve a kimenő tengelyen. Ha a motor és a terhelés közé hajtómű ül, akkor a motor saját tengelyfordulatszáma a kimenő fordulatszám szorozva az áttétellel, és ezzel arányosan csökken a motor nyomatékigénye (a hatásfokveszteségek előtt, amelyek hajtóműtípustól függően jellemzően 5-15%-kal csökkentik a hasznos nyomatékot).

A megfelelő tápfeszültség kiválasztása

A feszültség kiválasztását a rendszer áramforrása és a meghajtó elektronika által kezelni képes áram határozza meg, nem csak a motor fordulatszáma. Egy adott kimeneti teljesítménynél a nagyobb feszültség kisebb áramfelvételt jelent , amely vékonyabb vezetékezést, kisebb csatlakozókat és alacsonyabb ellenállási veszteséget tesz lehetővé – ez fontos tényező a hosszú kábelek vagy a nagy teljesítményű ipari meghajtók esetében.

• Akkumulátoros és hordozható berendezések: általában 12V, 24V vagy 48V DC buszfeszültségre korlátozva
• Ipari automatizálási vonalak: gyakran 24 V-os vagy 48 V-os vezérlőfeszültséggel, vagy nagyobb feszültségű egyenáramú buszokkal működnek a nagy szervo- és kefe nélküli rendszerekhez
• Ne válasszon jóval a rendelkezésre álló tápfeszültség feletti névleges motort – feszültség alatti működtetése csökkenti a rendelkezésre álló nyomatékot, és hibás fordulatszám-szabályozást okozhat

Egyenáramú motorok ipari és automatizálási alkalmazásokban

Az ipari és automatizálási berendezések előnyben részesítik az egyenáramú motorokat – különösen a kefe nélküli kiviteleket –, ahol a precíz, ismételhető mozgásvezérlés többet jelent, mint a nyers teljesítmény. A szállítószalagok, csomagolósorok, CNC tengelyhajtások és anyagmozgató berendezések általában kefe nélküli egyenáramú vagy szervo típusú egyenáramú motorokat használnak kódolókkal párosítva a zárt hurkú helyzet- és fordulatszám-visszacsatolás érdekében.

• Szállítószalag és görgős hajtások: kefés vagy kefe nélküli egyenáramú motorok a terhelési nyomatékhoz és a szalagsebesség követelményeihez
• Pick-and-place és CNC tengelyek: kefe nélküli DC vagy DC szervomotorok a pontos, ismételhető pozicionálásért
• Szivattyúk és ventilátorok technológiai berendezésekben: PMDC vagy BLDC motorok, amelyek a folyamatos üzem hatékonyságára lettek kiválasztva
• Automatizált irányított járművek (AGV-k) és mobil robotok: kompakt BLDC motorok a nagy nyomatéksűrűség és az akkumulátor-hatékonyság érdekében

Nagy nyomatékú alkalmazások és kompakt motorok robotika számára

A nagy nyomatékú egyenáramú motorok alkalmazásai – daruk, csörlők, elektromos működtetők és nagy teherbírású indítómotorok – jellemzően soros tekercses vagy nagy pólusszámú kefe nélküli kialakításokat igényelnek, amelyek alacsony fordulatszámon nagy nyomatékot képesek leadni, gyakran egy sebességváltóval párosítva, hogy tovább növeljék a nyomatékot a kimenő tengelyen. Ezek az alkalmazások az indítási nyomatékot és a hőkapacitást részesítik előnyben a végsebességnél.

A robotikai alkalmazások a spektrum másik végén helyezkednek el: kompakt, nagy nyomatéksűrűségű kefe nélküli egyenáramú motorok beépített jeladókkal a standard választás a csuklós működtetőkhöz és a mobil platformokhoz, ahol minden gramm tömeg és minden milliméter házátmérő befolyásolja a rendszer általános teljesítményét. A mag nélküli és keret nélküli BLDC-konstrukciókat egyre gyakrabban használják a robotcsuklókban, kifejezetten azért, mert csökkentik a fogaszási nyomatékot és javítják a vezérlés simaságát alacsony fordulatszámon.

DC motor vs AC motor

Az alapvető különbség a vezérlés egyszerűsége és a nyers méretezhetőség: Az egyenáramú motorok egyszerű fordulatszám- és nyomatékszabályozást kínálnak a feszültség- és áramszabályozáson keresztül, míg az AC motorok kiválóan teljesítenek a nagy teljesítményű, folyamatos üzemben, kevesebb karbantartás mellett . A váltakozó áramú indukciós motorok uralják a nagy fix fordulatszámú ipari hajtásokat – szivattyúkat, kompresszorokat, nagy ventilátorokat –, ahol a robusztusságuk és a kefék vagy mágnesek hiánya hosszabb élettartamot jelent magas teljesítményszinten.