Es gibt vier Arten von Motorlasten für die industrielle Automatisierung:
1, Einstellbare Leistung und konstantes Drehmoment: Zu den Anwendungen mit variabler Leistung und konstantem Drehmoment gehören Förderbänder, Kräne und Zahnradpumpen. Bei diesen Anwendungen ist das Drehmoment konstant, da die Last konstant ist. Die erforderliche Leistung kann je nach Anwendung variieren, weshalb Wechsel- und Gleichstrommotoren mit konstanter Drehzahl eine gute Wahl sind.
2, Variables Drehmoment und konstante Leistung: Ein Beispiel für Anwendungen mit variablem Drehmoment und konstanter Leistung ist das maschinelle Aufwickeln von Papier. Die Geschwindigkeit des Materials bleibt gleich, das heißt, die Leistung ändert sich nicht. Mit zunehmendem Rollendurchmesser ändert sich jedoch die Belastung. In kleinen Systemen ist dies eine gute Anwendung für Gleichstrommotoren oder Servomotoren. Auch die regenerative Energie ist ein Problem und sollte bei der Bestimmung der Größe eines Industriemotors oder der Auswahl einer Energiesteuerungsmethode berücksichtigt werden. Wechselstrommotoren mit Encodern, Regelung und Vollquadrantenantrieben können bei größeren Systemen von Vorteil sein.
3, einstellbare Leistung und Drehmoment: Lüfter, Kreiselpumpen und Rührwerke benötigen variable Leistung und Drehmoment. Mit zunehmender Drehzahl eines Industriemotors steigt auch die Lastleistung mit der erforderlichen Leistung und dem erforderlichen Drehmoment. Bei diesen Lasttypen beginnt die Diskussion über die Motoreffizienz: Wechselrichter laden Wechselstrommotoren mithilfe von Frequenzumrichtern (Variable Speed Drives, VSDs).
4, Positionssteuerung oder Drehmomentsteuerung: Anwendungen wie Linearantriebe, die eine präzise Bewegung zu mehreren Positionen erfordern, erfordern eine genaue Positions- oder Drehmomentsteuerung und erfordern häufig eine Rückmeldung, um die korrekte Motorposition zu überprüfen. Für diese Anwendungen sind Servo- oder Schrittmotoren die beste Wahl, in Stahl- oder Papierproduktionslinien und ähnlichen Anwendungen werden jedoch häufig Gleichstrommotoren mit Feedback oder umrichtergeladene Wechselstrommotoren mit Encoder eingesetzt.
Verschiedene Industriemotortypen
Obwohl es mehr als 36 Arten von AC/DC-Motoren gibt, die in industriellen Anwendungen eingesetzt werden. Obwohl es viele Arten von Motoren gibt, gibt es bei industriellen Anwendungen viele Überschneidungen, und der Markt drängt darauf, die Auswahl von Motoren zu vereinfachen. Dies schränkt die praktische Auswahl an Motoren in den meisten Anwendungen ein. Die sechs gängigsten Motortypen, die für die überwiegende Mehrheit der Anwendungen geeignet sind, sind bürstenlose und bürstenbehaftete Gleichstrommotoren, Wechselstrom-Käfigläufer- und Wickelläufermotoren sowie Servo- und Schrittmotoren. Diese Motortypen sind für die allermeisten Anwendungen geeignet, während andere Typen nur für spezielle Anwendungen eingesetzt werden.
Drei Haupttypen industrieller Motoranwendungen
Die drei Hauptanwendungen von Industriemotoren sind konstante Geschwindigkeit, variable Geschwindigkeit und Positions- (oder Drehmoment-) Steuerung. Unterschiedliche industrielle Automatisierungssituationen erfordern unterschiedliche Anwendungen und Probleme sowie ihre eigenen Problemstellungen. Liegt beispielsweise die maximale Drehzahl unter der Referenzdrehzahl des Motors, ist ein Getriebe erforderlich. Dadurch kann auch ein kleinerer Motor mit einer effizienteren Drehzahl laufen. Zwar gibt es online eine Fülle von Informationen zur Bestimmung der Größe eines Motors, doch es gibt viele Faktoren, die Benutzer berücksichtigen müssen, da viele Details zu berücksichtigen sind. Für die Berechnung von Lastträgheit, Drehmoment und Geschwindigkeit muss der Benutzer Parameter wie die Gesamtmasse und -größe (Radius) der Last sowie Reibung, Getriebeverluste und Maschinenzyklus verstehen. Auch Änderungen der Last, der Beschleunigungs- oder Verzögerungsgeschwindigkeit und des Arbeitszyklus der Anwendung müssen berücksichtigt werden, da es sonst zu einer Überhitzung von Industriemotoren kommen kann. Wechselstrom-Induktionsmotoren sind eine beliebte Wahl für industrielle Drehbewegungsanwendungen. Nach der Auswahl und Größe des Motortyps müssen Benutzer auch Umgebungsfaktoren und Motorgehäusetypen berücksichtigen, z. B. Waschanwendungen für offene Rahmen und Edelstahlgehäuse.
So wählen Sie einen Industriemotor aus
Drei Hauptprobleme bei der Auswahl von Industriemotoren
1. Apps mit konstanter Geschwindigkeit?
Bei Anwendungen mit konstanter Drehzahl läuft der Motor normalerweise mit einer ähnlichen Drehzahl, wobei Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen kaum oder gar nicht berücksichtigt werden. Diese Art von Anwendung wird normalerweise mit vollständigen Ein-/Aus-Steuerelementen ausgeführt. Der Steuerstromkreis besteht normalerweise aus einer Abzweigsicherung mit einem Schütz, einem Überlast-Industriemotorstarter und einer manuellen Motorsteuerung oder einem Softstarter. Sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstrommotoren sind für Anwendungen mit konstanter Drehzahl geeignet. Gleichstrommotoren bieten das volle Drehmoment bei Nulldrehzahl und haben eine große Montagebasis. Auch Wechselstrommotoren sind eine gute Wahl, da sie einen hohen Leistungsfaktor haben und wenig Wartung erfordern. Im Gegensatz dazu würden die hohen Leistungseigenschaften eines Servo- oder Schrittmotors für eine einfache Anwendung als übertrieben angesehen.
2. App mit variabler Geschwindigkeit?
Anwendungen mit variabler Geschwindigkeit erfordern typischerweise kompakte Geschwindigkeits- und Geschwindigkeitsvariationen sowie definierte Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen. In praktischen Anwendungen wird die Drehzahl von Industriemotoren wie Lüftern und Kreiselpumpen normalerweise reduziert, um die Effizienz zu verbessern, indem der Stromverbrauch an die Last angepasst wird, anstatt mit voller Drehzahl zu laufen und die Leistung zu drosseln oder zu unterdrücken. Dies ist bei Förderanwendungen wie Abfülllinien sehr wichtig. Die Kombination aus Wechselstrommotoren und VFDS wird häufig zur Effizienzsteigerung eingesetzt und eignet sich gut für eine Vielzahl von Anwendungen mit variabler Drehzahl. Sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstrommotoren mit entsprechenden Antrieben eignen sich gut für Anwendungen mit variabler Drehzahl. Gleichstrommotoren und Antriebskonfigurationen waren lange Zeit die einzige Wahl für Motoren mit variabler Drehzahl, und ihre Komponenten wurden entwickelt und bewährt. Gleichstrommotoren erfreuen sich auch heute noch großer Beliebtheit bei Anwendungen mit variabler Drehzahl und kleinerer Leistung und eignen sich auch für Anwendungen mit niedriger Drehzahl, da sie bei niedrigen Drehzahlen das volle Drehmoment und bei verschiedenen industriellen Motordrehzahlen ein konstantes Drehmoment liefern können. Allerdings ist die Wartung von Gleichstrommotoren ein zu berücksichtigendes Thema, da viele eine Kommutierung mit Bürsten erfordern und durch den Kontakt mit beweglichen Teilen verschleißen. Bürstenlose Gleichstrommotoren beseitigen dieses Problem, sind jedoch von vornherein teurer und die Auswahl an verfügbaren Industriemotoren ist kleiner. Bürstenverschleiß ist bei AC-Induktionsmotoren kein Problem, während Antriebe mit variabler Frequenz (VFDS) eine nützliche Option für Anwendungen mit mehr als 1 PS bieten, wie z. B. Lüfter und Pumpen, die den Wirkungsgrad steigern können. Die Wahl eines Antriebstyps für den Betrieb eines Industriemotors kann zu einer gewissen Positionserkennung führen. Wenn die Anwendung dies erfordert, kann dem Motor ein Encoder hinzugefügt werden, und ein Antrieb kann für die Verwendung von Encoder-Feedback spezifiziert werden. Dadurch können mit diesem Aufbau servoähnliche Geschwindigkeiten erreicht werden.
3. Benötigen Sie eine Positionskontrolle?
Eine genaue Positionskontrolle wird durch die ständige Überprüfung der Position des Motors während der Bewegung erreicht. Anwendungen wie die Positionierung von Linearantrieben können Schrittmotoren mit oder ohne Feedback oder Servomotoren mit inhärenter Feedback verwenden. Der Stepper fährt mit moderater Geschwindigkeit präzise eine Position an und hält diese dann. Das Schrittmotorsystem mit offenem Regelkreis bietet bei richtiger Dimensionierung eine leistungsstarke Positionskontrolle. Wenn keine Rückmeldung erfolgt, bewegt sich der Stepper genau um die Anzahl der Schritte, es sei denn, es kommt zu einer Lastunterbrechung, die seine Kapazität übersteigt. Wenn die Geschwindigkeit und Dynamik der Anwendung zunimmt, erfüllt die Schrittsteuerung mit offenem Regelkreis möglicherweise nicht die Anforderungen des Systems, was ein Upgrade auf ein Schritt- oder Servomotorsystem mit Rückmeldung erfordert. Ein geschlossenes System sorgt für präzise Hochgeschwindigkeits-Bewegungsprofile und eine präzise Positionskontrolle. Servosysteme liefern bei hohen Geschwindigkeiten höhere Drehmomente als Schrittmotoren und funktionieren auch besser bei hohen dynamischen Belastungen oder komplexen Bewegungsanwendungen. Für Hochleistungsbewegungen mit geringem Positionsüberschwingen sollte die reflektierte Lastträgheit so weit wie möglich mit der Trägheit des Servomotors übereinstimmen. In manchen Anwendungen ist eine Abweichung von bis zu 10:1 ausreichend, eine 1:1-Übereinstimmung ist jedoch optimal. Eine Getriebeuntersetzung ist eine gute Möglichkeit, das Problem der Trägheitsinkongruenz zu lösen, da die Trägheit der reflektierten Last um das Quadrat des Übersetzungsverhältnisses sinkt, die Trägheit des Getriebes jedoch bei der Berechnung berücksichtigt werden muss.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 16.06.2023