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工業自動化電機如何選型?

時間:2021-08-31 17:38:14 來源:未知 點擊:

了解負載、電機和應用的主要類型可以幫助簡化工業電機和配件的選擇。在選擇工業電機時要考慮很多方面,如應用、操作、機械和環境問題。一般來說,可以選擇交流電機、直流電動機或伺服/步進電機。知道使用哪一種取決于工業應用和是否有任何特殊的需要。根據電機驅動的負載類型,工業電機需要一個恒定的或可變的扭矩和馬力。負載的大小、所需的速度和加速/減速——特別是速度快和/或頻繁時——將決定所需的扭矩和馬力。還需要考慮控制電機速度和位置的要求。
 
工業自動化電機負載有四種類型:
 
1、 可調馬力和恒轉矩:可變馬力和恒定扭矩應用包括輸送機、起重機和齒輪式泵。在這些應用中,扭矩是恒定的,因為負載不變。所需的馬力可能會根據應用而變化,這使得恒速交流和直流電機是一個很好的選擇。
 
2、 可變扭矩和恒定馬力:變轉矩和恒馬力應用的一個例子是機器復卷紙。材料的速度保持不變,這意味著馬力不會改變。然而,隨著軋輥直徑的增加,載荷會發生變化。在小系統中,這是一個很好的應用直流電機或伺服電機。再生功率也是一個值得關注的問題,在確定工業電機的尺寸或選擇能量控制方法時應加以考慮。交流電機與編碼器,閉環控制,和全象限驅動器可能有利于較大的系統。
 
3、可調節馬力和扭矩:風機、離心泵和攪拌器需要可變馬力和扭矩。隨著工業電機轉速的增加,負載輸出也隨著所需的馬力和扭矩的增加而增加。這些類型的負載是電機效率討論的開始,逆變器負載交流電機使用變速驅動器(VSDs)。
 
4、位置控制或轉矩控制:像線性驅動器這樣的應用,需要精確地移動到多個位置,需要緊位置或扭矩控制,經常需要反饋來驗證正確的電機位置。伺服電機或步進電機是這些應用的最佳選擇,但帶反饋的直流電機或帶編碼器的逆變器負載交流電機通常用于鋼鐵或造紙生產線以及類似的應用。
 
不同的工業電機類型
 
雖然有超過36種的交流/直流電機用于工業應用。雖然電機種類很多,但在工業應用中有大量的重疊,市場已經推動簡化電機的選擇。這在大多數應用中縮小了電機的實際選擇范圍。六種最常見的電機類型,適用于絕大多數的應用,是無刷和有刷直流電機,交流鼠籠和繞組轉子電機,伺服和步進電機。這些電機類型適用于絕大多數應用,而其他類型僅用于特殊應用。
 
三種主要的工業電機應用類型
 
工業電機的三個主要應用是恒速、變速和位置(或轉矩)控制。不同的工業自動化情況需要不同的應用和問題以及它們自己的問題集。例如,如果最高速度小于電機的基準速度,就需要一個齒輪箱。這也可以讓一個較小的馬達以更有效的速度運行。雖然網上有大量關于如何確定電機尺寸的信息,但用戶必須考慮很多因素,因為有很多細節需要考慮。計算負載慣量,扭矩和速度需要用戶了解的參數,如總質量和大小(半徑)的負載,以及摩擦,齒輪箱損失,和機器周期。負載的變化,加速或減速的速度,以及應用的占空比也必須考慮,否則工業電機可能會過熱。交流感應電動機是工業旋轉運動應用的普遍選擇。電機類型選擇和尺寸大小后,用戶還需要考慮環境因素和電機外殼類型,如開放式框架和不銹鋼外殼的洗滌應用。
 
 
工業電機選型的三個主要問題
 
1. 恒速應用程序?
 
在恒速應用中,電動機通常以近似的速度運行,很少或沒有考慮到加速和減速斜坡。這種類型的應用程序通常使用全行開/關控制來運行??刂齐娐吠ǔS梢粋€帶有接觸器的分支電路熔斷器、一個過載工業電機起動器和一個手動電機控制器或軟起動器組成。交流和直流電機都適用于恒速應用。直流電機提供全扭矩在零速度和有一個大安裝基礎。交流電機也是一個很好的選擇,因為他們有一個高功率因數,需要很少的維護。相比之下,伺服或步進電機的高性能特性,對于一個簡單的應用來說,會被認為是過份的。
 
2. 變速應用程序?
 
變速應用通常需要緊湊的速度和速度變化,以及定義的加速和減速斜坡。在實際應用中,降低工業電機的轉速,如風扇和離心泵,通常是通過與負載匹配的功率消耗來提高效率,而不是全速運行和節流或抑制輸出。這些都是非常重要的考慮輸送應用,如裝瓶線。交流電機和VFD的組合被廣泛用于提高效率,在各種變速應用中工作良好。具有適當驅動器的交流和直流電機在變速應用中都工作得很好。長期以來,直流電機和驅動組態一直是變速電機的唯一選擇,其部件也經過了開發和驗證。即使是現在,直流電機在變速、分馬力應用中也很流行,在低速應用中也很有用,因為它們可以在低速時提供全轉矩,在各種工業電機轉速下提供恒轉矩。然而,直流電機的維護是一個需要考慮的問題,因為許多電機需要用電刷進行換向,而且由于與運動部件接觸會磨損。無刷直流電機消除了這個問題,但他們在前期成本更昂貴,可用的工業電機范圍更小。電刷磨損不是交流感應電動機的問題,而變頻驅動(VFD)為超過1馬力的應用(如風扇和泵送)提供了一個有用的選擇,可以提高效率。選擇驅動類型來運行工業電機可以增加一些位置感知。如果應用程序需要,可以將編碼器添加到電機,并且可以指定驅動器來使用編碼器反饋。因此,這種設置可以提供類似伺服的速度。
 
3.是否需要位置控制?
 
緊密的位置控制是通過不斷驗證電機的位置,因為它的移動。應用如定位線性驅動器可以使用帶或不帶反饋的步進電機或帶有固有反饋的伺服電機。步進器以中等速度精確移動到某個位置,然后保持該位置。開環步進系統提供強大的位置控制,如果適當的大小。當沒有反饋時,步進器將移動準確的步數,除非它遇到超出其能力的負載中斷。隨著應用程序的速度和動力學的增加,開環步進控制可能不能滿足系統的要求,這就需要升級到帶反饋的步進或伺服電機系統。一個閉環系統提供精確,高速運動輪廓和精確的位置控制。伺服系統在高速下提供比步進器更高的轉矩,而且在高動態負載或復雜運動應用中也能更好地工作。對于具有低位置超調的高性能運動,反射負載慣量應盡可能與伺服電機慣量匹配。在某些應用程序中,高達10:1的不匹配就足夠了,但是1:1的匹配是最優的。齒輪減速是解決慣性不匹配問題的一種很好的方法,因為反射載荷的慣性是按傳動比的平方下降的,但必須在計算中考慮齒輪箱的慣性。
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