DC-moottorin valintaopas: vääntömomentti, nopeus, jännite ja sovellukset

DC moottori Valintaopas: Mistä aloittaa

Oikean tasavirtamoottorin valinta koostuu neljästä numerosta: vaadittu vääntömomentti, vaadittu nopeus, käytettävissä oleva syöttöjännite ja käyttösuhde . Kaikki muut päätökset – harjattu vs. harjaton, moottorin koko, vaihteiston välityssuhde – johtuvat siitä, että nämä neljä on ensin tehty oikein. Moottorin nimellistehosta aloittaminen todellisen kuormitustarpeen sijaan on yleisin syy siihen, että moottorit käyvät kuumana, pysähtyvät kuormitettuna tai kuluvat aikaisin.

Käytännön valintasarja käy ensin läpi mekaanisen kuormituksen ja muuttaa sen sitten sähköisiksi vaatimuksiksi: määritä kuorman vääntömomentti ja nopeus lähtöakselilla, ota huomioon vaihteiston mahdollinen vähennys, laske vääntömomentin vaatima sähköteho ja virranotto ja vasta sitten tarkista se ehdokasmoottoreiden käytettävissä olevan syöttöjännitteen ja lämpörajojen perusteella.

Vääntömomentti- ja nopeusvaatimusten laskeminen

Vääntömomenttivaatimukset alkavat mekaanisesta kuormituksesta: pyörivässä kuormassa vääntömomentti (Nm) on yhtä suuri kuin voima, joka kohdistetaan säteellä kerrottuna tällä säteellä; Lineaarisessa liikkeessä johtoruuvin tai hihnan kautta vääntömomentti johdetaan vaaditusta voimasta jaettuna käyttöjärjestelmän mekaanisella edulla. Lisää noin 20-50 % turvamarginaali lasketun vakaan tilan vääntömomentin yläpuolelle kattamaan käynnistyshitaus, kitkahäviöt ja kuormituksen vaihtelut.

Nopeusvaatimukset asetetaan tyypillisesti levitysjakson ajan tai prosessinopeuden mukaan, ilmaistuna kierroslukuina ulostuloakselilla. Jos moottorin ja kuorman välissä on vaihdelaatikko, moottorin oman akselin nopeuden tulee olla lähtönopeus kerrottuna välityssuhteella ja moottorin vääntömomenttitarve laskee vastaavasti (ennen hyötysuhdehäviöitä, jotka tyypillisesti vähentävät käytettävää vääntömomenttia vaihteistotyypistä riippuen 5-15%).

Oikean syöttöjännitteen valinta

Jännitteen valintaa ohjaa järjestelmän virtalähde ja käyttöelektroniikka kestää, ei pelkästään moottorin nopeus. Tietyllä teholla korkeampi jännite tarkoittaa pienempää virrankulutusta , joka mahdollistaa ohuemman johdotuksen, pienemmät liittimet ja pienemmät resistiiviset häviöt – tärkeä tekijä pitkissä kaapelien kuluissa tai suuritehoisissa teollisuuskäytöissä.

• Akkukäyttöiset ja kannettavat laitteet: tyypillisesti rajoitettu 12 V, 24 V tai 48 V tasavirtaväylän jännitteisiin
• Teollisuuden automaatiolinjat: toimivat usein 24 V tai 48 V ohjausjännitteellä tai korkeammalla jännitteellä tasavirtaväylillä suuria servo- ja harjattomia järjestelmiä varten
• Vältä valitsemasta moottoria, jonka nimellisarvo on selvästi käytettävissä olevan syöttöjännitteen yläpuolella – sen käyttäminen alijännitteellä vähentää käytettävissä olevaa vääntömomenttia ja voi aiheuttaa epäsäännöllisen nopeudensäädön

Tasavirtamoottorit teollisuus- ja automaatiosovelluksissa

Teollisuus- ja automaatiolaitteet suosivat tasavirtamoottoreita – erityisesti harjattomia malleja – joissa tarkka, toistettava liikkeenohjaus on tärkeämpää kuin raakateho. Kuljetinjärjestelmät, pakkauslinjat, CNC-akselikäytöt ja materiaalinkäsittelylaitteet käyttävät yleensä harjattomia DC- tai servo-tyyppisiä tasavirtamoottoreita, jotka on yhdistetty antureiden kanssa suljetun silmukan asennon ja nopeuden takaisinkytkentää varten.

• Kuljetin- ja rullakäytöt: harjatut tai harjattomat tasavirtamoottorit, jotka on sovitettu kuorman vääntömomentin ja hihnan nopeusvaatimuksiin
• Poiminta- ja paikka- ja CNC-akselit: harjattomat DC- tai DC-servomoottorit tarkkaan, toistettavaan paikannukseen
• Prosessilaitteiden pumput ja puhaltimet: PMDC- tai BLDC-moottorit, jotka on valittu jatkuvaan käyttöön
• Automatisoidut ohjatut ajoneuvot (AGV) ja mobiilirobotit: kompaktit BLDC-moottorit, jotka on valittu korkean vääntömomentin ja akun tehokkuuden vuoksi

Suuren vääntömomentin sovellukset ja kompaktit moottorit robotiikkaan

Suuren vääntömomentin tasavirtamoottorisovellukset – nosturit, vinssit, sähkötoimilaitteet ja raskaat käynnistysmoottorit – vaativat tyypillisesti sarjakäämittyjä tai napalukuisia harjattomia malleja, jotka pystyvät tuottamaan suuren vääntömomentin alhaisilla kierrosluvuilla, usein yhdistettynä vaihteistoon, joka moninkertaistaa vääntömomentin edelleen ulostuloakselilla. Nämä sovellukset priorisoivat käynnistysmomentin ja lämpökapasiteetin huippunopeuteen nähden.

Robotiikkasovellukset ovat spektrin toisessa päässä: kompaktit, suuren vääntömomenttitiheyden omaavat harjattomat tasavirtamoottorit integroiduilla antureilla ovat vakiovalinta niveltoimilaitteille ja liikkuville alustoille, joissa jokainen painogramma ja jokainen kotelon halkaisijan millimetri vaikuttaa järjestelmän kokonaissuorituskykyyn. Sydämättömiä ja kehyksettömiä BLDC-malleja käytetään yhä enemmän robottiliitoksissa, koska ne vähentävät vääntömomenttia ja parantavat ohjauksen sujuvuutta alhaisilla nopeuksilla.

DC-moottori vs AC-moottori

Perimmäinen ero on hallinnan yksinkertaisuus verrattuna raakaan skaalautumiseen: Tasavirtamoottorit tarjoavat suoraviivaisen nopeuden ja vääntömomentin säädön jännitteen ja virran säädön avulla, kun taas AC-moottorit ovat erinomaisia suuritehoisessa jatkuvassa käytössä pienemmällä huollolla . AC-oikosulkumoottorit hallitsevat suuria kiinteänopeuksisia teollisuuskäyttöjä – pumppuja, kompressoreja, suuria puhaltimia –, joissa niiden kestävyys ja harjojen tai magneettien puute johtavat pidempään käyttöikään suurilla tehotasoilla.