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    工业自动化电机如何选型?

    2020-09-11 14:35:23 107


    了解负载、电机和应用的主要类型可以帮助简化工业电机和配件的选择。在选择工业电机时要考虑很多方面,如应用、操作、机械和环境问题。一般来说,可以选择交流电机、直流电动机或伺服/步进电机。知道使用哪一种取决于工业应用和是否有任何特殊的需要。根据电机驱动的负载类型,工业电机需要一个恒定的或可变的扭矩和马力。负载的大小、所需的速度和加速/减速——特别是速度快和/或频繁时——将决定所需的扭矩和马力。还需要考虑控制电机速度和位置的要求。


    工业自动化电机负载有四种类型:

    1、 可调马力和恒转矩可变马力和恒定扭矩应用包括输送机、起重机和齿轮式泵。在这些应用中,扭矩是恒定的,因为负载不变。所需的马力可能会根据应用而变化,这使得恒速交流和直流电机是一个很好的选择。

    2、 可变扭矩和恒定马力:变转矩和恒马力应用的一个例子是机器复卷纸。材料的速度保持不变,这意味着马力不会改变。然而,随着轧辊直径的增加,载荷会发生变化。在小系统中,这是一个很好的应用直流电机或伺服电机。再生功率也是一个值得关注的问题,在确定工业电机的尺寸或选择能量控制方法时应加以考虑。交流电机与编码器,闭环控制,和全象限驱动器可能有利于较大的系统。

    3、可调节马力和扭矩:风机、离心泵和搅拌器需要可变马力和扭矩。随着工业电机转速的增加,负载输出也随着所需的马力和扭矩的增加而增加。这些类型的负载是电机效率讨论的开始,逆变器负载交流电机使用变速驱动器(VSDs)。

    4、位置控制或转矩控制:像线性驱动器这样的应用,需要精确地移动到多个位置,需要紧位置或扭矩控制,经常需要反馈来验证正确的电机位置。伺服电机或步进电机是这些应用的最佳选择,但带反馈的直流电机或带编码器的逆变器负载交流电机通常用于钢铁或造纸生产线以及类似的应用。


    不同的工业电机类型

    虽然有超过36种的交流/直流电机用于工业应用。虽然电机种类很多,但在工业应用中有大量的重叠,市场已经推动简化电机的选择。这在大多数应用中缩小了电机的实际选择范围。六种最常见的电机类型,适用于绝大多数的应用,是无刷和有刷直流电机,交流鼠笼和绕组转子电机,伺服和步进电机。这些电机类型适用于绝大多数应用,而其他类型仅用于特殊应用。


    三种主要的工业电机应用类型

    工业电机的三个主要应用是恒速、变速和位置(或转矩)控制。不同的工业自动化情况需要不同的应用和问题以及它们自己的问题集。例如,如果最高速度小于电机的基准速度,就需要一个齿轮箱。这也可以让一个较小的马达以更有效的速度运行。虽然网上有大量关于如何确定电机尺寸的信息,但用户必须考虑很多因素,因为有很多细节需要考虑。计算负载惯量,扭矩和速度需要用户了解的参数,如总质量和大小(半径)的负载,以及摩擦,齿轮箱损失,和机器周期。负载的变化,加速或减速的速度,以及应用的占空比也必须考虑,否则工业电机可能会过热。交流感应电动机是工业旋转运动应用的普遍选择。电机类型选择和尺寸大小后,用户还需要考虑环境因素和电机外壳类型,如开放式框架和不锈钢外壳的洗涤应用。

    工业电机如何选型

    工业电机选型的三个主要问题

    1. 恒速应用程序?

    在恒速应用中,电动机通常以近似的速度运行,很少或没有考虑到加速和减速斜坡。这种类型的应用程序通常使用全行开/关控制来运行。控制电路通常由一个带有接触器的分支电路熔断器、一个过载工业电机起动器和一个手动电机控制器或软起动器组成。交流和直流电机都适用于恒速应用。直流电机提供全扭矩在零速度和有一个大安装基础。交流电机也是一个很好的选择,因为他们有一个高功率因数,需要很少的维护。相比之下,伺服或步进电机的高性能特性,对于一个简单的应用来说,会被认为是过份的。

    2. 变速应用程序?

    变速应用通常需要紧凑的速度和速度变化,以及定义的加速和减速斜坡。在实际应用中,降低工业电机的转速,如风扇和离心泵,通常是通过与负载匹配的功率消耗来提高效率,而不是全速运行和节流或抑制输出。这些都是非常重要的考虑输送应用,如装瓶线。交流电机和VFD的组合被广泛用于提高效率,在各种变速应用中工作良好。具有适当驱动器的交流和直流电机在变速应用中都工作得很好。长期以来,直流电机和驱动组态一直是变速电机的唯一选择,其部件也经过了开发和验证。即使是现在,直流电机在变速、分马力应用中也很流行,在低速应用中也很有用,因为它们可以在低速时提供全转矩,在各种工业电机转速下提供恒转矩。然而,直流电机的维护是一个需要考虑的问题,因为许多电机需要用电刷进行换向,而且由于与运动部件接触会磨损。无刷直流电机消除了这个问题,但他们在前期成本更昂贵,可用的工业电机范围更小。电刷磨损不是交流感应电动机的问题,而变频驱动(VFD)为超过1马力的应用(如风扇和泵送)提供了一个有用的选择,可以提高效率。选择驱动类型来运行工业电机可以增加一些位置感知。如果应用程序需要,可以将编码器添加到电机,并且可以指定驱动器来使用编码器反馈。因此,这种设置可以提供类似伺服的速度。

    3.是否需要位置控制?

    紧密的位置控制是通过不断验证电机的位置,因为它的移动。应用如定位线性驱动器可以使用带或不带反馈的步进电机或带有固有反馈的伺服电机。步进器以中等速度精确移动到某个位置,然后保持该位置。开环步进系统提供强大的位置控制,如果适当的大小。当没有反馈时,步进器将移动准确的步数,除非它遇到超出其能力的负载中断。随着应用程序的速度和动力学的增加,开环步进控制可能不能满足系统的要求,这就需要升级到带反馈的步进或伺服电机系统。一个闭环系统提供精确,高速运动轮廓和精确的位置控制。伺服系统在高速下提供比步进器更高的转矩,而且在高动态负载或复杂运动应用中也能更好地工作。对于具有低位置超调的高性能运动,反射负载惯量应尽可能与伺服电机惯量匹配。在某些应用程序中,高达10:1的不匹配就足够了,但是1:1的匹配是最优的。齿轮减速是解决惯性不匹配问题的一种很好的方法,因为反射载荷的惯性是按传动比的平方下降的,但必须在计算中考虑齿轮箱的惯性。

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