Vakuumagneettimoottorin mitoitus – Miten määritellä vääntömomentti, pyörimisnopeus, teho ja käyttöjakso

Vakuumagneettimoottorin mitoitus – Miten määritellä vääntömomentti, pyörimisnopeus, teho ja käyttöjakso

Oikean vakiomagnettimoottorin valinta alkaa siitä, että ymmärretään, mitä laitteistolle todella tarvitaan. Moottori, jonka tehomerkintä on oikea, saattaa silti vaikeuttaa käynnistystä, ylikuumeta jatkuvassa käytössä tai epäonnistua tarjoamasta riittävää vääntömomenttia tietyillä nopeuksilla.

Vakiomagnettimoottorin oikea mitoitus vaatii neljän päävaatimuksen määrittämisen: jatkuvan ja huippuvääntömomentin, käyttönopeusalueen, mekaanisen tehon ja käyttöjakson. Tämän jälkeen verrataan näitä vaatimuksia moottorin todelliseen suorituskykyyn ja käyttörajoituksiin.

Laitteiden valmistajille, insinööreille ja teknisille ostajille tämä lähestymistapa estää virheellisen moottorin valinnan ja tekee toimittajien kanssa käytävistä keskusteluista tuottavampia.

Tämä opas selittää, mitä tietoja on kerättävä, miten arvioida keskeisiä teknisiä ominaisuuksia ja mitä tarkistaa ennen pysyväismagneettisen synkronimoottorin (PMSM) valintaa.

1. Mitä tietoja tarvitaan ennen pysyväismagneettisen moottorin mitoittamista?

Ennen moottorin valintaa on tunnistettava kuorma, jota se ohjaa, laitteiston vaadittu käyttönopeus sekä mahdolliset muutokset käyttöolosuhteissa ajan mittaan. Nämä tiedot määrittävät moottorin todelliset suorituskyvyn vaatimukset.

1.1 Kuorman tyypin ja käyttöolosuhteiden tunnistaminen

Kaikki laitteet eivät aseta moottorille samoja vaatimuksia.

Kuljetinvaunu vaatii usein suhteellisen vakion vääntömomentin normaalikäytössä, vaikka täyden kuorman kanssa käynnistys vaatiikin lisävääntömomenttia. Keskipakopuhallin tai -pumppu vaatii yleensä enemmän vääntömomenttia, kun nopeus kasvaa. Laitteet, jotka kiihdyttävät, pysähtyvät tai vaihtavat kuormaa toistuvasti, vaativat moottorin, joka kestää kyseisiä vaihteluita.

Ensimmäinen kysymys on, pysyykö kuorma vakiona vai muuttuuko se merkittävästi käytön aikana.

Jos laitteisto toimii lähes vakiona kuormituksena, jatkuvaa vääntömomenttia ja käyttönopeutta käytetään pääasiallisina lähtökohtina. Jos kuormitus vaihtelee usein, on myös tunnistettava suurin kuorma, sen kesto ja esiintymistiheys.

Tämä ero auttaa määrittämään, riittääkö moottorin jatkuvakuormitustaso vai vaaditaanko lisäksi huippuvääntömomenttikykyä.

1.2 Määritä kuorma moottorin akselilla

Laitteiston vaatima vääntömomentti ei aina ole sama kuin moottorilta suoraan vaadittava vääntömomentti.

Esimerkiksi vaihteisto vähentää nopeutta samalla kun se kasvattaa ulostulossa saatavilla olevaa vääntömomenttia. Siksi moottorin saattaa tarvita tuottaa pienempi vääntömomentti kuin käytettävälle laitteistolle, mutta sen on toimittava korkeammalla nopeudella.

Tarkastellaan sovellusta, joka vaatii 100 Nm vaihteiston ulostulossa. Jos vaihteiston alennussuhde on 5:1 ja hyötysuhde 90 %, moottorin tarvitsee tuottaa noin 22,2 Nm vakiotilassa.

Tämä arvio ei kuitenkaan sisällä lisävääntömomenttia, jota tarvitaan kiihdytykseen.

Valmisteltaessa teknisiä eritelmiä varmista, viittaavatko vääntömomentin ja kierrosluvun arvot moottorin akseliin vai käytettävään laitteistoon. Merkitse myös mahdollinen vaihteiston suhde ja voimansiirron hyötysuhde.

Suorakäyttöjärjestelmissä moottorin on tuotettava vaadittu kuormitusvääntömomentti ilman vaihteiston kertolukua.

Merkitse vaadittu käyttöprofiili

Moottorin käyttöprofiili kuvaa, mitä tapahtuu normaalissa työjakson aikana.

Vaaditut tiedot	Mitä tulee kirjata
Kuormituksen tyyppi	Vakio-, muuttuva tai toistuva kuorma
Normaali vääntömomentti	Vääntömomentti, joka vaaditaan säännöllisen käytön aikana
Huipputorque	Korkein kuorma ja sen kesto
Nopeusalue	Alin, normaali ja korkein kierrosluku (RPM)
Käynnistysolosuhteet	Käynnistyskuorma ja kiihtymisaika
Työkykli	Käyttöaika, lepoaika ja käynnistysten määrä tunnissa
Vaihteisto	Suoraan kytketty vaihtoehto tai vaihteiston käyttö
Ympäristö	Lämpötila, jäähdytys ja asennusehdot

Olemassa olevaan laitteistoon liittyen moottorin nimikilvet, käyttöpäiväkirjat ja mitatut kuormitustiedot voivat tarjota hyödyllistä tietoa.

Uuteen laitteistoon liittyen käytä mekaanisia suunnittelun vaatimuksia ja määrittele selkeästi kaikki arvioidut arvot.

Mitä tarkemmin nämä olosuhteet määritellään, sitä helpommin voidaan valita sopiva moottori ilman tarpeetonta ylikokoamista.

2. Kuinka määrittää vaadittu moottorin vääntömomentti

Vääntömomentti kuvaa moottorin tuottamaa kiertävää voimaa, jolla laitteistoa liikutetaan tai ajetaan. Se on erityisen tärkeä, kun laitteisto käynnistyy kuormitettuna, toimii alhaisella nopeudella tai kohtaa äkkillisiä kuormituksen nousuja.

Moottorin kokoamisessa on erotettava normaalissa käytössä tarvittava vääntömomentti ja tilapäisesti vaadittava lisävääntömomentti.

2.1 Laske jatkuvan kuorman vääntömomentti

Jatkuvaa vääntömomenttia on moottorin kiertovoima, jota se voi kestää määritellyissä käyttöolosuhteissa ilman, että sen sallitut lämpötilarajat ylittyvät.

Käytännön valinnan aloittamiseksi määritä ensin, kuinka paljon vääntömomenttia laitteisto vaatii normaalissa käytössä.

Jos olemassa oleva moottori tuottaa noin 25 Nm vääntömomenttia toimiessaan normaalissa kuormituksessa, tämä antaa hyödyllisen lähtöviitearvon vaihtomoottorin valinnassa. Sinun tulee kuitenkin edelleen varmistaa, onko olemassa oleva moottori oikein mitoitettu ja vastaavatko sen käyttöolosuhteet uutta asennusta.

Uusille laitteille jatkuvaa vääntömomenttia voidaan arvioida mekaanisen kuorman laskennasta tai tunnetusta akselin tehosta ja nopeudesta.

Tärkein päätös on, pystyykö ehdokasmoottori tuottamaan vaadittua vääntömomenttia jatkuvasti tarkoitetulla nopeudella.

Älä oleta, että moottorin mainostettu maksimivääntömomentti edustaa sen jatkuvaa kapasiteettia.

2.2 Ota huomioon käynnistys- ja kiihdytysvääntömomentti

Käynnistys ja kiihtyminen voivat vaatia enemmän vääntömomenttia kuin normaali käyttö.

Moottorin on voitava voittaa olemassa oleva mekaaninen kuorma sekä kiihdyttää pyöriviä osia. Laitteet, joissa on painavia pyöriviä osia tai joissa kiihtyminen tapahtuu nopeasti, voivat vaatia huomattavasti lisävääntömomenttia.

Esimerkiksi kone, joka saavuttaa käyttönopeutensa 20 sekunnissa, voi asettaa moottorille erilaisen käynnistyskuorman kuin sama kone, joka kiihtyy kolmessa sekunnissa.

Tämä ero riippuu moottorin ja kytketyn laitteiston yhdistetystä hitaussuureesta. Hitaussuure kuvaa, kuinka voimakkaasti pyörivät osat vastustavat nopeuden muutoksia.

Moottorin määrittelyssä ilmoita odotettu käynnistyskuorma, toivottu kiihtymisaika ja tiedot suurista pyörivistä osista.

Jos näistä tiedoista ei ole varmuutta, pyydä kiihtymisvääntömomentin arviointia sen sijaan, että oletettaisiin, että normaali käyttövääntömomentti riittää.

2.3 Erottele jatkuvaa vääntömomenttia huippuvääntömomentista

Jatkuva ja huippuvääntömomentti täyttävät eri tehtäviä.

Vaatimus	Jatkuva vääntömomentti	Huipputorque
Tarkoitus	Jatkuva käyttö	Käynnistys- tai tilapäinen ylikuormitus
Kesto	Jatkuva kuormitus nimellisarvojen alapuolella	Rajoitettu aika
Päähuolenaihe	Pitkäaikainen lämpötilan nousu	Maksimivääntömomentti ja sallittu ylikuormitusaika
Valintatarkistus	Täyttää jatkuvan kuorman vaatimukset	Täyttää vaaditun nopeuden mukaisen tilapäisen kuorman vaatimukset

Oletetaan, että sovellus vaatii normaalisti 30 Nm, mutta tarvitsee joskus muutaman sekunnin ajan 50 Nm.

Moottorin on kestettävä normaalikuorma jatkuvasti ja tuotettava tilapäinen 50 Nm ilman, että se ylittää sallittuja käyttörajojaan.

50 Nm:n huippu-arvolla varustettu moottori ei ole automaattisesti sopiva. On myös tarkistettava, kuinka kauan se pystyy ylläpitämään kyseistä tehoa ja kykeneekö ajuri toimittamaan tarvittavan virran.

Käytännöllinen sääntö on sovittaa jatkuvan vääntömomentin arvo kestävään kuormitukseen ja huippuvääntömomentin arvo korkeimpaan tilapäiseen kuormitukseen. Molemmat arvot on varmistettava vaadituilla käyttönopeuksilla.

3. Moottorin nopeuden ja käyttöalueen määrittäminen

Moottorin nopeus ilmoitetaan yleensä kierroksina minuutissa (RPM). Se kertoo, kuinka monta täyttä kierrosta akseli tekee minuutissa.

Tarkkaa mitoitusta varten insinöörien tulisi määrittää koko vaadittu nopeusalue eikä ainoastaan normaalia käyttönopeutta.

3.1 Nimellisnopeuden, miniminopeuden ja maksiminopeuden määrittäminen

Moottorin valinnan aikana kolme nopeusarvoa ovat erityisen hyödyllisiä.

Nimellisnopeus on nopeus, joka liittyy valmistajan määrittelemiin nimellistoimintaolosuhteisiin. Normaali käyttönopeus on nopeus, jolla laitteistoa käytetään useimmiten.

Minimi- ja maksiminopeudet kuvaavat koko aluetta, jonka laitteiston on pystyttävä saavuttamaan.

Esimerkiksi kone voi toimia normaalisti 1500 RPM:n nopeudella, mutta vaatia välillä toimintaa 500–2500 RPM:n välillä.

Moottori, joka on suunniteltu pääasiassa 1500 rpm:n pyörimisnopeudelle, ei automaattisesti täytä kaikkia vaatimuksia.

Valinnan yhteydessä on varmistettava, että moottori pystyy toimimaan vaaditulla nopeusalueella ja tuottamaan riittävän vääntömomentin jokaisessa tärkeässä käyttöpisteessä.

3.2 Tarkista vääntömomentin saatavuus koko nopeusalueella

Moottorin saatavilla oleva vääntömomentti voi muuttua sen nopeuden kasvaessa.

Jotkut pysyväismagneettisten moottorien ja ohjainjärjestelmien yhdistelmät voivat pitää vääntömomenttia likimain vakiona määritellyllä nopeusalueella. Korkeammilla nopeuksilla jännite- ja ohjausrajoitukset voivat vähentää saatavilla olevaa vääntömomenttia.

Tämä tarkoittaa, että moottori saattaa olla kykenevä saavuttamaan vaaditun enimmäispyörimisnopeuden, mutta se ei välttämättä pysty tuottamaan vaadittua kuormitusvääntömomenttia kyseisellä nopeudella.

Tämän tarkistamisen helpoin tapa on tarkastella valmistajan vääntömomentti–nopeuskäyrää.

Tämä kaavio näyttää, kuinka paljon jatkuvaa ja tilapäistä vääntömomenttia moottori pystyy tuottamaan eri nopeuksilla.

Vertaa laitteesi normaalia ja suurinta kuormitusta vastaavia käyttöpisteitä kaavioon. Jos vaadittu piste sijaitsee sallitun alueen ulkopuolella, moottorin tai ajuriyksikön konfiguraatiota on harkittava uudelleen.

3.3 Ottaa huomioon alhaisen nopeuden toiminta ja jäähdytys

Alhaisen nopeuden toimintaa on tarkasteltava erityisesti, kun laitteella vaaditaan korkeaa vääntömomenttia pitkäksi aikaa.

Jotkin moottorit käyttävät jäähdytykseen akselille asennettuja tuulimyyriä. Kun moottorin nopeus laskee, tuulimyyrä saattaa siirtää vähemmän ilmaa, mikä heikentää lämmön poistoa.

Tämän seurauksena moottori, joka toimii jatkuvasti tietyllä vääntömomentilla lähes nimellisnopeudellaan, ei välttämättä pysty säilyttämään samaa tehoa erinäin alhaisella nopeudella.

Moottorit, jotka käyttävät erillistä tuulimyyrällä tapahtuvaa jäähdytystä tai nestejäähdytystä, voivat olla erilaisia toimintamahdollisuuksia.

Jos laitteesi toimii usein alhaisella nopeudella raskaalla kuormalla, pyydä toimittajaa vahvistamaan saatavilla oleva jatkuvan vääntömomentin arvo juuri näissä olosuhteissa.

Älä valitse jäähdytystapaa pelkästään moottorin tehon perusteella. Myös käyttönopeus, kuormitusaika, ympäristöolosuhteet ja moottorin rakenne on otettava huomioon.

4. Kuinka laskea moottorin teho vääntömomentista ja nopeudesta

Moottorin teho kuvaa, kuinka paljon mekaanista työtä moottori tuottaa aikayksikössä. Se riippuu sekä vääntömomentista että pyörimisnopeudesta.

Tehon laskeminen auttaa määrittämään likimääräisen moottorin nimellistehon, mutta se ei korvaa vääntömomentin ja käyttöjakson tarkistuksia.

4.1 Käytä yksinkertaista vääntömomentin, nopeuden ja tehon laskentaa

Kun vääntömomentti ja nopeus tunnetaan, mekaaninen akseliteho voidaan arvioida yhden perusyhtälön avulla.

Teho kilowatteina = Vääntömomentti newtonmetreinä × Nopeus kierroksina minuutissa ÷ 9550

Esimerkiksi, jos moottorin on toimitettava 20 Nm vääntömomenttia 1500 rpm:n nopeudella, laskutoimitus on

20 × 1500 ÷ 9550 = noin 3,14 kW.

Tämä kertoo, mikä mekaaninen teho vaaditaan kyseisessä käyttöpisteessä.

Kuitenkin moottori, jonka nimellisteho on 3,14 kW, ei välttämättä ole oikea valinta. Sinun on edelleen otettava huomioon käynnistyskuormat, jatkuvan toiminnan mahdollisuus ja valmistajan suorituskyvyn rajat.

Käytä tulosta ehdokasmoottorien sopivan alueen tunnistamiseen, älä lopullisen valinnan tekemiseen.

4.2 Erota akseliteho sähköisestä tulo-tehosta

Moottorikatalogit ilmoittavat yleensä nimellisen mekaanisen tehon, kun taas sähköjärjestelmän on toimitettava riittävästi tulo-tehoa moottorin tappioiden kompensoimiseksi.

Esimerkiksi jos moottori tuottaa 3,14 kW:n akselitehon oletetulla hyötysuhteella 94 %, sen sähköinen tulo-teho olisi noin 3,34 kW.

Tässä esimerkissä käytetty hyötysuhde on havainnollistava, ei tietyn moottorin arvioitu arvo.

Todellinen hyötysuhde riippuu moottorin rakenteesta, kierrosluvusta, kuormituksesta ja käyttöolosuhteista. Lisäksi ohjain aiheuttaa lisäisiä sähköisiä tappioita.

Sähköntarpeen arvioinnissa käytä moottorin ja ohjaimen valmistajan määritelmiä eikä oleta, että akselin hyötyteho vastaa tuloenergiaa.

4.3 Miksi yhtä suuri moottoriteho ei takaa yhtä hyvää soveltuvuutta käyttökohteeseen

Kaksi saman teholuokan moottoria voi tuottaa eri vääntömomenttia, koska ne toimivat eri nimellisnopeuksilla.

Esimerkiksi hypoteettinen 5 kW:n moottori, jonka nimellisnopeus on 1500 rpm, tuottaa noin 31,8 Nm vääntömomenttia nimellistoimintapisteessään.

Toinen 5 kW:n moottori, jonka nimellisnopeus on 3000 rpm, tuottaa noin 15,9 Nm vääntömomenttia nimellistoimintapisteessään.

Molemmilla on sama nimellisteho, mutta niiden nimellisvääntömomentit eroavat huomattavasti.

Laitteelle, joka vaatii suurempaa vääntömomenttia alhaisemmassa nopeudessa, ensimmäinen moottori saattaa olla sopivampi, mikäli sen muut ominaisuudet täyttävät käyttökohteen vaatimukset.

Tämä havainnollistaa, miksi moottorin valinnassa on otettava huomioon vääntömomentti, nopeus ja käyttöaika yhdessä , eikä pelkästään kW:n perusteella.

5. Kuinka käyttöjakso vaikuttaa pysyväismagneettimoottorin mitoittamiseen?

Käyttöjakso kuvaa, kuinka moottori toimii ajan mittaan, mukaan lukien sen käyttöaika, kuormitustaso ja taukoajat.

Tämä on tärkeää, koska moottorit tuottavat lämpöä toimiessaan. Vaikka moottori pystyisi tuottamaan vaaditun vääntömomentin, sen on myös pysyttävä hyväksyttävissä lämpötilarajoissa koko työjakson ajan.

5.1 Ymmärrä S1-, S2-, S3- ja muut asiaankuuluvat käyttötyypit

Teollisuusmoottoreille voidaan määrittää käyttöluokituksia IEC 60034-1 -standardin mukaisesti, joka kattaa pyörivien sähkökoneiden nimellisarvot ja suorituskyvyn vaatimukset.

Alustavaan mitoittamiseen tärkeimmät käyttötyypit on tiivistetty alla.

Tehtävätyyppi	Merkitseminen	Tyypillinen valintatilanne
S1	Jatkuva toiminta vakiona kuormitettuna	Laite, joka toimii pitkiä aikoja
S2	Lyhyt toiminta-aika, jonka jälkeen riittävä tauko	Laitteisto toimii rajoitettu aika ennen jäähdytystä
S3	Toistuva toiminta ja lepo, jossa käynnistyshäviöt eivät vaikuta merkittävästi lämpötilaan	Epäsäännöllisesti toimiva laitteisto, jossa toistuvia työkertoja

Esimerkiksi moottori, joka toimii jatkuvasti koko tuotantovuoron ajan, arvioidaan yleensä jatkuvatoimisuusvaatimuksien mukaisesti.

Moottori, joka pyörii useita minuutteja ja lepää sen jälkeen, saattaa olla eri luokittelun alainen riippuen todellisista lämpötilaolosuhteista.

Jos usein toistuva käynnistys aiheuttaa merkittävää moottorin lämmönmuodostusta, S4- tai muu sopiva toimintaluokitus saattaa olla tarpeen.

Nämä erotukset selitetään myös SEW-EURODRIVE:n toimintaluokkia koskevassa ohjeessa .

Oikea toimintaluokitus riippuu todellisesta toimintamallista, ei pelkästään siitä, toimiiko laite jatkuvasti vai epäsäännöllisesti.

5.2 Arvioi toistuvat kuormitusten muutokset

Jotkin laitteet toimivat jatkuvasti, mutta niiden vääntömomentti vaihtelee toistuvasti.

Esimerkiksi kone voi toimia kohtalaisella kuormalla suurimman osan jokaista minuuttia ja sitten kokea huomattavasti raskaamman kuorman useita sekunteja.

Vaikka raskaampi kuorma kestääkin vain lyhyen aikaa, se aiheuttaa lisäkuumentumista, jota on otettava huomioon.

Insinöörit käyttävät joskus ekvivalenttia jatkuvaa vääntömomenttia arvioidakseen tällaista toistuvaa kuormitusta; tätä kutsutaan yleisesti RMS-vääntömomentiksi.

Yksinkertaisimmillaan tämä arvio edustaa likimääräistä vakiovääntömomenttia, joka tuottaisi verrattavan virran aiheuttaman kuumentumisvaikutuksen sopivien oletusten perusteella.

Alkuperäistä moottorikyselyä valmisteltaessa ei tarvitse suorittaa monimutkaista laskelmaa. Sen sijaan kirjaa vääntömomentti kullekin toimintavaiheelle sekä aika, jonka laite viipyy kyseisessä vääntömomentissa.

Esimerkiksi anna 20 Nm 58 sekunniksi ja sen jälkeen 35 Nm 2 sekunniksi, toistettuna jatkuvasti.

Toimittaja voi sen jälkeen arvioida kuormituskäyrää käyttäen itse moottorin todellisia lämpöominaisuuksia.

5.3 Tarkista ylikuormitusaika ja lämpörajat

Vaikka keskimääräinen käyttökuorma vaikuttaisi hyväksyttävältä, lyhyet korkean vääntömomentin jaksot voivat ylittää moottorin tai ajuriyksikön rajat.

Moottori, joka pystyy tuottamaan 50 Nm kahden sekunnin ajan, ei välttämättä pysty säilyttämään samaa vääntömomenttia kolmekymmentä sekuntia.

Vastaavasti toistuvat ylikuormitukset voivat kertyä lämpönä, jos moottorilla ei ole riittävästi aikaa tai jäähdytyskapasiteettia palautua.

Tarkistaehdokasmoottoria arvioitaessa vahvista maksimiylikuormitusvääntömomentti, sallittu ylikuormitusaika, toistumistaajuus ja jäähdytysolosuhteet.

Jatkuvaa tai vaativaa syklistä käyttöä varten lopullinen valinta saattaa vaatia valmistajan lämpöarvioinnin.

6. Kuinka varmistaa, että moottori täyttää vaaditun käyttöprofiilin

Kun alustavat vääntömomentin, nopeuden, tehon ja käyttöjakson vaatimukset tunnetaan, seuraava tehtävä on tarkistaa, pystyykö tietty moottori täyttämään ne.

Tässä vaiheessa yleiset mitoituslaskelmat muuttuvat käytännölliseksi tuotevalinnaksi.

6.1 Vertaa kuormituskäyrää moottorin vääntömomentti–kierrosnopeus-käyrään

Aloita hankkimalla ehdokasmoottorin vääntömomentti–kierrosnopeus-suorituskyvyn tiedot.

Tarkista, tarjoaako moottori riittävästi jatkuvaa vääntömomenttia laitteen normaalissa käyttönopeudessa.

Tarkista sen saatavilla oleva vääntömomentti myös alimmalla ja korkeimmalla vaaditulla kierrosnopeudella.

Tarkista lopuksi, pystyykö moottori käsittelyyn tilapäisiä huippukuormia niissä kierrosnopeuksissa, joissa ne esiintyvät.

Esimerkiksi moottori saattaa tarjota riittävästi jatkuvaa vääntömomenttia 1500 rpm:n kierrosnopeudella, mutta liian vähän 2500 rpm:n kierrosnopeudella.

Tässä tilanteessa moottorin valinta pelkän nimellistehonsa perusteella ohittaisi tärkeän käyttörajoituksen.

Työkalut, kuten ABB DriveSize, havainnollistavat, miten moottorin ja taajuusmuuttajan valinta voi ottaa huomioon erilaiset kuormityyppit ja työkierrat.

6.2 Tarkista sähköverkkoyhteensopivuus, käynnistysmenetelmä ja taajuusmuuttajayhteensopivuus

Pysyväismagneettiset synkronimoottorit vaativat sopivan sähköverkon ja ohjausjärjestelmän.

Monet teollisuuden muuttuvan nopeuden PMSM-moottorit käyttävät moottorin nopeuden ja vääntömomentin säätämiseen sähköistä ajuria. Joitakin erityisesti suunniteltuja verkko-käynnistys-PMSM-moottoreita voidaan kuitenkin käyttää erilaisilla käynnistystavoin.

Käynnistystavan vaatimukset on siksi vahvistettava tietyn moottorimallin osalta.

Muuttuvan nopeuden PMSM-moottoria valittaessa on varmistettava syöttöjännite, yhteensopiva ajurityyppi, jatkuvavirta, huippuvirta ja vaadittavat nopeudensäätötoiminnot.

Moottori saattaa olla mekaanisesti riittävän vahva, mutta toimia silti väärin, jos valittu ajuri ei pysty tarjoamaan tarvittavaa jännitettä tai virtaa.

Moottorin ja ajurin yhteistoimintaa on arvioitava ennen lopullista hyväksyntää.

6.3 Varmista jäähdytys-, kiinnitys- ja ympäristörajoitukset

Mekaaniset ja ympäristöolosuhteet voivat vaikuttaa siihen, sopiiko moottori tarkoitukseen.

Korkeat ympäröivän ilman lämpötilat, riittämätön ilmanvaihto ja rajoitetut asennustilat voivat vaikuttaa jatkuvan tehon tuottokykyyn.

Kiinnitysmittat, akselin halkaisija, mekaaniset liitokset ja koteloinnin suojaluokka täytyy myös vastata laitetta.

Sovelluksissa, joissa saattaa vaadita lisätermistä hallintaa, valmistajat voivat tarjota erilaisia jäähdytysjärjestelmiä, mukaan lukien vesijäähdytettyjä pysyväismagneettisia moottoreita .

Jäähdytyskonfiguraatio yksin ei kuitenkaan takaa soveltuvuutta. Lopullinen päätös on tehtävä tietyn moottorin nimellissuorituskyvyn ja asennusvaatimusten perusteella.

7. Työtehtäväesimerkki muuttuvan kuorman kuljetinlaiteelle

Yksinkertaistettu esimerkki havainnollistaa, miten päämitoitustarpeet liittyvät toisiinsa.

Samaa lähestymistapaa voidaan soveltaa muihin laitteisiin korvaamalla esimerkin arvot todellisilla käyttötiedoilla.

7.1 Määritä sovelluksen vaatimukset

Tarkastellaan oletettua kuljetinta, jota ajaa pysyväismagneettimoottori.

Kuljetin toimii 1450 rpm:n pyörimisnopeudella ja vaatii normaalisti 20 Nm moottorin akselille kohdistuvaa vääntömomenttia.

Torque kasvaa joka 60 sekunti 35 Nm:iin kahdeksi sekunniksi ennen kuin se palautuu 20 Nm:iin jäljellä olevaksi 58 sekunniksi.

Tässä esimerkissä arvot edustavat jo kuormaa moottorin akselilla. Kiihdytys, jarrutus ja lisävälitys vaikutukset eivät ole mukana.

7.2 Arvioi teho ja arvioi työjakso

Perusvoimakaavan avulla normaali mekaaninen teho vaatimus on noin 3,04 kW.

Väliaikaisen 35 Nm:n kuorman aikana mekaaninen teho nousee samalla nopeudella noin 5,31 kW:iin.

Tämä ei välttämättä tarkoita, että sovellus vaatii moottoria, jonka jatkuvateho on 5,31 kW.

Sen sijaan moottorin on pystyttävä tarjoamaan riittävä jatkuvateho toistuvalle käyttöjaksoille ja riittävä väliaikainen vääntömomentti kahden sekunnin huippukuormalle.

Tarkka jatkuvateho riippuu ehdotetun moottorin virtaan liittyvästä lämmönmuodostuksesta, jäähdytysjärjestelmästä ja muista häviöistä.

7.3 Tunnista loput valintatarkistukset

Ennen tämän esimerkin moottorin hyväksyntää varmista, että se pystyy tuottamaan toistuvan kuormituskäyrän 1450 rpm:n pyörimisnopeudella.

Valmistajan on myös varmistettava, että 35 Nm on saatavilla kaksi sekuntia määritellyllä toistotaajuudella.

Jos kuljetin käynnistyy kuormitettuna tai kiihtyy nopeasti, nämä olosuhteet on otettava huomioon mitoitustarpeissa.

Tärkein opetus on, että normaaliteho, huipputeho ja käyttöaika kuvaavat eri osia samasta valintatehtävästä.

Sopiva moottori täytyy täyttää kaikki kolme vaatimusta.

8. Yleisiä pysyväismagneettimoottoreiden mitoitusteknisiä virheitä

Useimmat mitoitusongelmat voidaan välttää tarkistamalla koko käyttövaatimus eikä keskittymällä yhteen ainoaan tekniseen ominaisuuteen.

Kolme virhettä ansaitsee erityistä huomiota.

8.1 Moottorin valinta pelkän nimellistehon perusteella

Nimellisteho ei kerro, kuinka paljon vääntömomenttia moottori voi tuottaa jokaisella pyörimisnopeudella.

Moottori, jolla on riittävä nimellisteho, saattaa silti olla sopimaton pitkäaikaiseen alhaisen nopeuden toimintaan tai korkeisiin käynnistyskuormituksiin.

Ennen moottorihintojen tai mittojen vertailua varmista, että vaadittu vääntömomentti on saatavilla laitteen koko käyttönopuusalueella.

8.2 Huomiotta jättäminen huippukuormituksista tai huippuvääntömomentin käyttäminen jatkuvana arvona

Tilapäinen vääntömomenttikykyä ei koskaan tule käsitellä rajoittamattomana jatkuvana tehotulona.

Jos laite käynnistyy usein kuormitettuna, kiihtyy nopeasti tai kohtaa jaksollisia ylikuormituksia, nämä olosuhteet on otettava mukaan eritelmään.

Muussa tapauksessa moottori saattaa ylikuumeta, suojakytkentä voi aktivoitua tai kiihtyminen voi olla riittämätöntä.

Tarkista sekä jatkuvat että huippuvääntömomenttien arvot, mukaan lukien ne olosuhteet, joissa ne ovat voimassa.

8.3 Mielivaltaisen turvatekijän käyttäminen sen sijaan, että tarkistettaisiin todellinen käyttötilanne

Moottorin valitseminen huomattavasti lasketun vaatimuksen yläpuolelta saattaa näyttää turvallisemmalta, mutta liian suuren moottorin valinta ei aina ole paras ratkaisu.

Suurempi moottori voi lisätä kustannuksia, mittoja ja pyörivää hitausmomenttia ilman, että se ratkaisee ajoneuvon yhteensopivuuteen, jäähdytykseen tai käyttönopeuteen liittyviä ongelmia.

Älä lisää tehomerkintään mielivaltaista prosenttimäistä varaa, vaan tunnista ensin, mitkä käyttöolosuhteet ovat epävarmoja.

Tarvittaessa anna asianmukainen varaus perustuen kuorman vaihteluun, mittauksen tarkkuuteen, valmistajan suosituksiin ja odotettaviin käyttöolosuhteisiin.

9. Pysyväismagneettimoottorin mitoituslista ennen tarjouspyyntöä

Viimeinen vaihe on muuntaa laskelmasi ja käyttövaatimukset selkeäksi eritelmäksi, jonka moottoritoimittaja voi tarkistaa.

Hyvin laadittu eritelma vähentää tarpeetonta selvennystä ja auttaa varmistamaan, että ehdotettuja moottoreita arvioidaan samoissa käyttöolosuhteissa.

9.1 Täytä moottorin mitoituslomake

Ennen teknisen kyselyn lähettämistä tarkista, että seuraavat tiedot ovat saatavilla.

Laitetyyppi ja mekaanisen kuorman ominaisuudet

Normaali jatkuvatoiminen vääntömomentti Nm:nä

Suurin vaadittu vääntömomentti ja sen kesto

Pienin, normaali ja suurin käyttönopeus rpm:nä

Arvioitu mekaaninen akseliteho kW:nä

Käynnistysolosuhteet ja kiihtymisaika

Käyttöaika, lepoaika ja käynnistysten määrä tunnissa

Vaihteiston suhde ja voimansiirtojärjestelmä, jos sellainen on käytössä

Saatavilla oleva sähkösyöttö ja tarkoitettu moottorikäyttöjärjestelmä

Jäähdytysvaatimukset ja ympäristön käyttölämpötila

Moottorin kiinnitysmittasuhteet ja akselivaatimukset

Jos kaikkia arvoja ei vielä tunneta, määritä, mitkä ovat vahvistettuja ja mitkä ovat alustavia arvioita.

Tämä mahdollistaa toimittajan keskittymisen puuttuviin tietoihin, jotka voivat vaikuttaa valintaan.

9.2 Vahvista lopullinen määrittely moottoritoimittajan kanssa

Määrittelyjen laatimisen jälkeen pyydä toimittajaa vertaamaan vaatimuksiasi todellisiin moottorin suorituskykytietoihin.

Tarkistuksen tulisi vahvistaa jatkuvan vääntömomentin, huippuvääntömomentin, nopeusalueen, käyttöjakson kapasiteetin, ohjainyhteensopivuuden ja jäähdytysvaatimusten arvot.

Vaativissa käyttöolosuhteissa pyydä lisälaskelmia tai testausta tarpeen mukaan.

Jos arvioit moottoria uuden laitteiston suunnittelussa tai olemassa olevassa asennuksessa, voit lähettää käyttövaatimuksesi Hiestille projektikohtaiseen tekniseen tarkasteluun.

Luotettavin kestomagneettimoottorin koon määrittämisratkaisu perustuu todellisiin kuormitustarpeisiin, ei pelkästään saatavilla olevaan lähimpään tehoarvoon. Määrittelemällä vääntömomentti, nopeus, teho ja käyttöjakso yhdessä insinöörit voivat tunnistaa sopivat moottorivaihtoehdot, välttää yleisiä mitoitustilanteita ja edetä selkeämmillä teknisillä eritelmillä.