Làm thế nào để chọn động cơ tự động hóa công nghiệp?

Có bốn loại tải động cơ tự động hóa công nghiệp:

1. Công suất điều chỉnh được và mô-men xoắn không đổi: Các ứng dụng công suất thay đổi và mô-men xoắn không đổi bao gồm băng tải, cần cẩu và bơm bánh răng. Trong các ứng dụng này, mô-men xoắn không đổi vì tải trọng không đổi. Công suất cần thiết có thể thay đổi tùy thuộc vào ứng dụng, điều này làm cho động cơ AC và DC tốc độ không đổi trở thành lựa chọn tốt.

2. Mô-men xoắn thay đổi và công suất không đổi: Một ví dụ về ứng dụng mô-men xoắn thay đổi và công suất không đổi là máy cuộn giấy. Tốc độ của vật liệu vẫn giữ nguyên, có nghĩa là công suất không thay đổi. Tuy nhiên, khi đường kính cuộn giấy tăng lên, tải trọng sẽ thay đổi. Trong các hệ thống nhỏ, đây là một ứng dụng tốt cho động cơ DC hoặc động cơ servo. Công suất tái tạo cũng là một vấn đề cần quan tâm và cần được xem xét khi xác định kích thước của động cơ công nghiệp hoặc lựa chọn phương pháp điều khiển năng lượng. Động cơ AC có bộ mã hóa, điều khiển vòng kín và bộ truyền động toàn phần có thể mang lại lợi ích cho các hệ thống lớn hơn.

3. Công suất và mô-men xoắn có thể điều chỉnh: quạt, bơm ly tâm và máy khuấy cần công suất và mô-men xoắn thay đổi. Khi tốc độ của động cơ công nghiệp tăng lên, công suất tải cũng tăng theo cùng với công suất và mô-men xoắn cần thiết. Loại tải này là nơi bắt đầu thảo luận về hiệu suất động cơ, với các bộ biến tần điều khiển động cơ AC bằng cách sử dụng bộ điều khiển tốc độ biến đổi (VSD).

4. Điều khiển vị trí hoặc điều khiển mô-men xoắn: Các ứng dụng như truyền động tuyến tính, yêu cầu chuyển động chính xác đến nhiều vị trí, đòi hỏi điều khiển vị trí hoặc mô-men xoắn chặt chẽ và thường cần phản hồi để xác minh vị trí động cơ chính xác. Động cơ servo hoặc động cơ bước là lựa chọn tốt nhất cho các ứng dụng này, nhưng động cơ DC có phản hồi hoặc động cơ AC có bộ biến tần và bộ mã hóa thường được sử dụng trong dây chuyền sản xuất thép hoặc giấy và các ứng dụng tương tự.

Các loại động cơ công nghiệp khác nhau

Mặc dù có hơn 36 loại động cơ AC/DC được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp. Tuy có nhiều loại động cơ, nhưng lại có sự chồng chéo đáng kể trong các ứng dụng công nghiệp, và thị trường đã thúc đẩy việc đơn giản hóa việc lựa chọn động cơ. Điều này thu hẹp sự lựa chọn thực tế của động cơ trong hầu hết các ứng dụng. Sáu loại động cơ phổ biến nhất, phù hợp với phần lớn các ứng dụng, là động cơ DC không chổi than và có chổi than, động cơ AC lồng sóc và rôto cuộn dây, động cơ servo và động cơ bước. Các loại động cơ này phù hợp với phần lớn các ứng dụng, trong khi các loại khác chỉ được sử dụng cho các ứng dụng đặc biệt.

Ba loại ứng dụng chính của động cơ công nghiệp

Ba ứng dụng chính của động cơ công nghiệp là tốc độ không đổi, tốc độ thay đổi và điều khiển vị trí (hoặc mô-men xoắn). Các tình huống tự động hóa công nghiệp khác nhau đòi hỏi các ứng dụng và vấn đề khác nhau, cũng như các tập hợp vấn đề riêng. Ví dụ, nếu tốc độ tối đa nhỏ hơn tốc độ tham chiếu của động cơ, thì cần có hộp số. Điều này cũng cho phép động cơ nhỏ hơn hoạt động ở tốc độ hiệu quả hơn. Mặc dù có rất nhiều thông tin trực tuyến về cách xác định kích thước động cơ, nhưng người dùng phải xem xét nhiều yếu tố vì có rất nhiều chi tiết cần lưu ý. Tính toán quán tính tải, mô-men xoắn và tốc độ yêu cầu người dùng phải hiểu các thông số như tổng khối lượng và kích thước (bán kính) của tải, cũng như ma sát, tổn thất hộp số và chu kỳ máy. Sự thay đổi về tải, tốc độ tăng tốc hoặc giảm tốc và chu kỳ làm việc của ứng dụng cũng phải được xem xét, nếu không động cơ công nghiệp có thể bị quá nhiệt. Động cơ cảm ứng xoay chiều là lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng chuyển động quay công nghiệp. Sau khi lựa chọn loại và kích thước động cơ, người dùng cũng cần xem xét các yếu tố môi trường và loại vỏ động cơ, chẳng hạn như khung hở và vỏ thép không gỉ cho các ứng dụng rửa.

Cách chọn động cơ công nghiệp

Ba vấn đề chính trong việc lựa chọn động cơ công nghiệp

1. Các ứng dụng có tốc độ ổn định không?

Trong các ứng dụng tốc độ không đổi, động cơ thường chạy ở tốc độ tương tự mà không cần hoặc chỉ cần rất ít sự điều chỉnh về gia tốc và giảm tốc. Loại ứng dụng này thường sử dụng điều khiển bật/tắt toàn tuyến. Mạch điều khiển thường bao gồm cầu chì mạch nhánh với công tắc tơ, bộ khởi động động cơ công nghiệp quá tải và bộ điều khiển động cơ bằng tay hoặc bộ khởi động mềm. Cả động cơ AC và DC đều phù hợp cho các ứng dụng tốc độ không đổi. Động cơ DC cung cấp mô-men xoắn cực đại ở tốc độ bằng không và có đế lắp đặt lớn. Động cơ AC cũng là một lựa chọn tốt vì chúng có hệ số công suất cao và yêu cầu ít bảo trì. Ngược lại, các đặc tính hiệu suất cao của động cơ servo hoặc động cơ bước sẽ được coi là quá mức cần thiết cho một ứng dụng đơn giản.

2. Ứng dụng điều chỉnh tốc độ?

Các ứng dụng điều khiển tốc độ biến đổi thường yêu cầu tốc độ và sự thay đổi tốc độ nhỏ gọn, cũng như các đường cong tăng tốc và giảm tốc được xác định rõ ràng. Trong các ứng dụng thực tế, việc giảm tốc độ của các động cơ công nghiệp, chẳng hạn như quạt và bơm ly tâm, thường được thực hiện để cải thiện hiệu suất bằng cách điều chỉnh mức tiêu thụ điện năng phù hợp với tải, thay vì chạy ở tốc độ tối đa và điều tiết hoặc giảm công suất đầu ra. Điều này rất quan trọng cần xem xét đối với các ứng dụng vận chuyển như dây chuyền đóng chai. Sự kết hợp giữa động cơ AC và biến tần (VFD) được sử dụng rộng rãi để tăng hiệu suất và hoạt động tốt trong nhiều ứng dụng điều khiển tốc độ biến đổi. Cả động cơ AC và DC với bộ điều khiển phù hợp đều hoạt động tốt trong các ứng dụng điều khiển tốc độ biến đổi. Động cơ DC và cấu hình điều khiển của chúng từ lâu đã là lựa chọn duy nhất cho động cơ điều khiển tốc độ biến đổi, và các thành phần của chúng đã được phát triển và chứng minh. Ngay cả hiện nay, động cơ DC vẫn phổ biến trong các ứng dụng điều khiển tốc độ biến đổi, công suất nhỏ và hữu ích trong các ứng dụng tốc độ thấp vì chúng có thể cung cấp mô-men xoắn đầy đủ ở tốc độ thấp và mô-men xoắn không đổi ở các tốc độ động cơ công nghiệp khác nhau. Tuy nhiên, việc bảo trì động cơ DC là một vấn đề cần xem xét, vì nhiều động cơ yêu cầu chuyển mạch bằng chổi than và bị mòn do tiếp xúc với các bộ phận chuyển động. Động cơ DC không chổi than loại bỏ vấn đề này, nhưng chúng đắt hơn và phạm vi các động cơ công nghiệp có sẵn cũng nhỏ hơn. Hiện tượng mài mòn chổi than không phải là vấn đề đối với động cơ cảm ứng AC, trong khi bộ điều khiển tần số biến đổi (VFD) cung cấp một lựa chọn hữu ích cho các ứng dụng có công suất trên 1 HP, chẳng hạn như quạt và máy bơm, có thể tăng hiệu suất. Việc lựa chọn loại bộ điều khiển để vận hành động cơ công nghiệp có thể bổ sung thêm khả năng nhận biết vị trí. Có thể thêm bộ mã hóa vào động cơ nếu ứng dụng yêu cầu, và có thể chỉ định bộ điều khiển sử dụng phản hồi từ bộ mã hóa. Kết quả là, thiết lập này có thể cung cấp tốc độ tương tự như động cơ servo.

3. Bạn có cần điều khiển vị trí không?

Việc điều khiển vị trí chính xác đạt được bằng cách liên tục kiểm tra vị trí của động cơ khi nó di chuyển. Các ứng dụng như định vị truyền động tuyến tính có thể sử dụng động cơ bước có hoặc không có phản hồi hoặc động cơ servo có phản hồi tích hợp. Động cơ bước di chuyển chính xác đến một vị trí với tốc độ vừa phải và sau đó giữ vị trí đó. Hệ thống động cơ bước vòng hở cung cấp khả năng điều khiển vị trí mạnh mẽ nếu được lựa chọn kích thước phù hợp. Khi không có phản hồi, động cơ bước sẽ di chuyển đúng số bước trừ khi gặp phải sự gián đoạn tải vượt quá khả năng của nó. Khi tốc độ và động lực của ứng dụng tăng lên, điều khiển động cơ bước vòng hở có thể không đáp ứng được yêu cầu của hệ thống, điều này đòi hỏi phải nâng cấp lên hệ thống động cơ bước hoặc động cơ servo có phản hồi. Hệ thống vòng kín cung cấp các biên dạng chuyển động chính xác, tốc độ cao và điều khiển vị trí chính xác. Hệ thống servo cung cấp mô-men xoắn cao hơn so với động cơ bước ở tốc độ cao và cũng hoạt động tốt hơn trong các tải động cao hoặc các ứng dụng chuyển động phức tạp. Để có chuyển động hiệu suất cao với độ vọt lố vị trí thấp, quán tính tải phản xạ phải khớp với quán tính động cơ servo càng nhiều càng tốt. Trong một số ứng dụng, sự không khớp lên đến 10:1 là đủ, nhưng sự khớp 1:1 là tối ưu. Việc giảm tỷ số truyền là một cách tốt để giải quyết vấn đề không khớp quán tính, bởi vì quán tính của tải phản xạ giảm đi theo bình phương của tỷ số truyền, nhưng quán tính của hộp số phải được tính đến trong quá trình tính toán.