Правильное определение типоразмера является важным аспектом выбора электродвигателя. Если параметры привода окажутся ниже необходимых, управление нагрузкой будет невозможно, что может привести к перегрузкам. Превышение необходимых параметров также нежелательно. Нагрузку можно будет контролировать, но система окажется массивнее и дороже с точки зрения закупочной стоимости и эксплуатационных расходов. Кроме того, привод может не подойти по массогабаритным характеристикам, что также приведет к дополнительным тратам.
Зачастую поставщики оборудования получают запросы на двигатели определенной мощности. Как правило, заказчик руководствуется простой логикой — выбирает тот же типоразмер, что и у двигателя, подлежащего замене, при этом добавляет значительный коэффициент запаса и использует соотношение нагрузки и инерции системы к инерции двигателя 10 : 1 или 5 : 1. Однако более разумным является подход, когда параметры двигателя подбираются в зависимости от скорости, ускорения и крутящего момента, необходимых для нагрузки в конкретных условиях эксплуатации. При этом выбор коэффициента запаса должен быть обоснованным и опираться на предварительные расчеты.
Типичной ошибкой является покупка электродвигателя с постоянным крутящим моментом, равным максимально необходимому моменту для соответствующей области применения. Управление ходом нередко заключается в управлении кратковременным ускорением. Выбирая двигатель, рассчитанный на постоянный крутящий момент, вы фактически платите за привод большего типоразмера, чем тот, который вам необходим.
Для определения номинальных параметров электродвигателя необходимо рассчитать инерцию нагрузки. Отношение инерции нагрузки к инерции двигателя (фактически инерция ротора) служит показателем того, насколько эффективно может контролироваться нагрузка привода. При высоком отношении крутящего момента к моменту инерции с управлением нагрузкой будут возникать трудности. Низкое отношение (например, 4:1 или 1:1) указывает на превышение типоразмера двигателя.
Часто при выполнении расчетов инженеры учитывают значения фактической нагрузки редуктора и двигателя, но упускают из виду влияние на систему ремней, шкивов и других механических компонентов. Они либо просто подбирают более мощный двигатель следующего типоразмера, либо используют двигатель аналогичного типоразмера, но с более высоким крутящим моментом. В этом случае превышение типоразмера может достигать 10%.
Процесс выбора привода заключается в сборе данных и их последующем анализе. При этом необходимым условием является наличие сведений о механической системе, рабочих параметрах, режимах и условиях эксплуатации оборудования. Если эти данные не будут приняты во внимание, выбранный двигатель может оказаться непригодным для использования.
Основные параметры, которые необходимо учитывать при определении типоразмера:
Кроме того необходимо принимать во внимание режимы эксплуатации:
Разницу между этими режимами можно продемонстрировать на примере работы токарного станка. Главный привод станка эксплуатируется в режиме непрерывной нагрузки, поскольку работает с постоянной скоростью при постоянной нагрузке. Приводы подачи ускоряются и замедляются в целях обеспечения необходимой траектории хода инструмента (переменная нагрузка).
Поскольку максимальная скорость двигателя зависит от напряжения питания, необходимо учитывать возможные падения напряжения в сети. Обычно номинальные параметры привода подбираются таким образом, чтобы обеспечить возможность его работы на максимальной скорости при 80%-ном напряжении питания. Если электропитание осуществляется от источника электроснабжения, чувствительного к кратковременному/длительному прекращению подачи энергии, необходимо позаботиться о защите двигателя, его контроллера и нагрузки. Особенно это касается микропроцессорных систем, которые при неправильной настройке могут без предупреждения вызывать блокировки или сбросы, приводящих к аварийным ситуациям.
В тех случаях, когда важны показатели ускорения, инерция двигателя должна быть сложена с инерцией отраженной нагрузки. Следует рассчитать крутящий момент, необходимый для ускорения этой суммарной инерции до необходимого уровня. Максимальный крутящий момент мотор-редуктора должен быть как минимум в 1,5-2 раза выше расчетного значения.
Кроме того, значение максимального крутящего момента нужно выбирать с запасом не менее 15% с учетом предполагаемого момента трения и ускорения, а также любой непрерывной нагрузки, возникающей во время ускорения. Если такой запас невозможно обеспечить, необходимо выбрать другой двигатель или редуктор с большим передаточным отношением.
Требования к механическим характеристикам двигателя должны быть определены на ранней стадии выбора типоразмера. Очень часто проектировщики не учитывают габаритные размеры и монтажное исполнение двигателя, что приводит к проблемам после его монтажа. Например, при установке двигателя в вертикальном положении могут потребоваться специальные подкладки.
Обычный зубчатый редуктор (цилиндрический, конический и проч.) включает в себя две и более передаточные ступени для изменения угловой скорости и крутящего момента между входным и выходным валами. Редуктор является важным инструментом управления инерцией, позволяя снижать ее значение на квадрат передаточного отношения. Обратный эффект работы редуктора — снижение скорости вращения двигателя. Правда, большинство электродвигателей вращаются со скоростью 2000 — 6000 об/мин, и это позволяет им работать на полезной скорости даже при использовании с редуктором, имеющим высокие передаточные числа.
В стандартных механических приводах обычно используются зубчатые редукторы с прямозубыми и косозубыми шестернями. Прямозубые зубчатые колеса создают минимальную осевую нагрузку, снижая проблемы с вращением подшипников. Косозубые шестерни широко используются в роботизированных системах, поскольку имеют увеличенную площадь контакта, обеспечивающую более высокий предельный крутящий момент. Их главный недостаток — повышенная осевая нагрузка.
Другие полезные материалы:
Выбор мотор-редуктора для буровой
Принципы программирования ПЛК
Санкт-Петербург
Ростов-на-Дону
Екатеринбург
Новосибирск
