産業オートメーションのモーター負荷には 4 つのタイプがあります。
1、調整可能な馬力と一定のトルク：可変馬力と一定のトルクのアプリケーションには、コンベア、クレーン、ギアポンプが含まれます。これらのアプリケーションでは、負荷が一定であるため、トルクも一定です。必要な馬力はアプリケーションによって異なる場合があるため、定速 AC および DC モーターが適切な選択となります。
2、可変トルクと一定馬力: 可変トルクと一定馬力のアプリケーションの例は、紙を巻き戻す機械です。材料の速度は同じままです。つまり、馬力は変わりません。ただし、ロールの直径が大きくなると、負荷は変化します。小規模システムでは、これは DC モーターまたはサーボ モーターに適したアプリケーションです。回生電力も懸念事項であり、産業用モーターのサイズを決定するとき、またはエネルギー制御方法を選択するときに考慮する必要があります。エンコーダを備えた AC モーター、閉ループ制御、および全象限ドライブは、大規模なシステムにメリットをもたらす可能性があります。
3、調整可能な馬力とトルク：ファン、遠心ポンプ、撹拌機には可変の馬力とトルクが必要です。産業用モーターの速度が増加すると、必要な馬力とトルクに応じて負荷出力も増加します。これらのタイプの負荷は、可変速度ドライブ (VSD) を使用して AC モーターに負荷を与えるインバーターからモーター効率の議論が始まるところです。
4、位置制御またはトルク制御: 複数の位置への正確な移動を必要とするリニアドライブなどのアプリケーションでは、厳密な位置制御またはトルク制御が必要であり、多くの場合、正しいモーター位置を確認するためのフィードバックが必要です。このようなアプリケーションにはサーボ モータまたはステッピング モータが最適ですが、鉄鋼や製紙の生産ラインや同様のアプリケーションでは、フィードバック付き DC モータまたはインバータ搭載のエンコーダ付き AC モータが一般的に使用されています。
さまざまな産業用モーターの種類
産業用途で使用される AC/DC モーターは 36 種類以上あります。モーターには多くの種類がありますが、産業用途では重複する部分が多く、市場はモーターの選択を簡素化するよう求めています。これにより、ほとんどのアプリケーションにおいてモーターの実際的な選択肢が狭まります。最も一般的な 6 種類のモーターは、ほとんどのアプリケーションに適しており、ブラシレスおよびブラシ付き DC モーター、AC かごおよび巻線ローター モーター、サーボ モーターおよびステッピング モーターです。これらのモーター タイプはほとんどの用途に適していますが、他のタイプは特殊な用途にのみ使用されます。
産業用モーターの主な用途は 3 種類
産業用モーターの主な用途は、定速、可変速、位置 (またはトルク) 制御の 3 つです。産業オートメーションの状況が異なれば、それぞれに異なるアプリケーションや問題、さらには独自の問題セットが必要になります。たとえば、最高速度がモーターの基準速度よりも低い場合は、ギアボックスが必要になります。これにより、小型のモーターをより効率的な速度で動作させることもできます。モーターのサイズを決定する方法についてはオンラインで豊富な情報がありますが、考慮すべき詳細が多数あるため、ユーザーが考慮しなければならない要素も数多くあります。負荷の慣性、トルク、および速度を計算するには、ユーザーは負荷の総質量とサイズ (半径) に加え、摩擦、ギアボックスの損失、マシンサイクルなどのパラメータを理解する必要があります。負荷の変化、加速または減速の速度、アプリケーションのデューティ サイクルも考慮する必要があります。そうしないと、産業用モーターが過熱する可能性があります。AC 誘導モーターは、産業用回転運動用途によく選ばれています。モーターのタイプとサイズを選択した後、ユーザーは環境要因と、オープンフレームやステンレススチールハウジングの洗浄用途などのモーターハウジングのタイプも考慮する必要があります。
産業用モーターの選び方
産業用モーター選定の3大問題
1. 一定速度のアプリ?
定速アプリケーションでは、モーターは通常、加速および減速ランプをほとんどまたはまったく考慮せずに、同様の速度で動作します。このタイプのアプリケーションは通常、フルラインのオン/オフ制御を使用して実行されます。制御回路は通常、コンタクタを備えた分岐回路ヒューズ、過負荷産業用モータスタータ、および手動モータコントローラまたはソフトスタータで構成されます。AC モーターと DC モーターはどちらも定速用途に適しています。DC モーターはゼロ速度で最大のトルクを提供し、大きな取り付けベースを備えています。AC モーターも力率が高く、メンテナンスがほとんど必要ないため、良い選択です。対照的に、サーボ モーターやステッピング モーターの高性能特性は、単純なアプリケーションには過剰であると考えられます。
2. 速度可変アプリ?
可変速アプリケーションでは通常、コンパクトな速度と速度変化、および定義された加速および減速ランプが必要です。実際のアプリケーションでは、ファンや遠心ポンプなどの産業用モーターの速度を下げることは、通常、フルスピードで動作させて出力を絞り込んだり抑制したりするのではなく、消費電力を負荷に合わせて効率を向上させるために行われます。これらは、瓶詰めラインなどの搬送用途で考慮することが非常に重要です。AC モーターと VFDS の組み合わせは効率を高めるために広く使用されており、さまざまな可変速アプリケーションでうまく機能します。適切なドライブを備えた AC モーターと DC モーターはどちらも、可変速アプリケーションで適切に動作します。DC モーターとドライブ構成は長い間、可変速モーターの唯一の選択肢であり、そのコンポーネントは開発され、実証されてきました。現在でも、DC モーターは可変速、分数馬力の用途で人気があり、低速では最大トルクを提供し、さまざまな産業用モーター速度では一定のトルクを提供できるため、低速用途では役に立ちます。ただし、DC モーターの多くはブラシによる整流が必要であり、可動部品との接触により摩耗するため、DC モーターのメンテナンスは検討すべき問題です。ブラシレス DC モーターはこの問題を解決しますが、最初から高価であり、利用できる産業用モーターの種類は限られています。AC 誘導モーターではブラシの摩耗は問題になりませんが、可変周波数ドライブ (VFDS) は、ファンやポンプなどの 1 HP を超えるアプリケーションに効率を向上させる便利なオプションを提供します。産業用モーターを実行するドライブのタイプを選択すると、位置認識を追加できます。アプリケーションで必要な場合はエンコーダをモータに追加でき、エンコーダ フィードバックを使用するようにドライブを指定できます。結果として、この設定ではサーボのような速度を実現できます。
3. 位置制御は必要ですか?
モーターの移動中の位置を常に確認することで、厳密な位置制御が実現されます。位置決めリニアドライブなどのアプリケーションでは、フィードバックの有無にかかわらずステッピング モーター、または固有のフィードバックを持つサーボ モーターを使用できます。ステッパーは適度な速度で正確に位置まで移動し、その位置を保持します。オープンループステッパーシステムは、適切なサイズであれば強力な位置制御を提供します。フィードバックがない場合、ステッパーは、その容量を超える負荷中断が発生しない限り、正確なステップ数を移動します。アプリケーションの速度とダイナミクスが増加すると、開ループ ステッピング制御がシステムの要件を満たさなくなる可能性があり、フィードバック付きのステッピング モーター システムまたはサーボ モーター システムへのアップグレードが必要になります。閉ループ システムは、正確な高速動作プロファイルと正確な位置制御を提供します。サーボ システムは、高速でステッパーよりも高いトルクを提供し、高い動的負荷や複雑な動作のアプリケーションでもより適切に機能します。位置オーバーシュートが低い高性能モーションを実現するには、反射負荷の慣性がサーボ モーターの慣性と可能な限り一致する必要があります。一部のアプリケーションでは、最大 10:1 の不一致で十分ですが、1:1 の一致が最適です。反射荷重の慣性は伝達比の 2 乗で減少するため、ギア減速は慣性の不一致の問題を解決する良い方法ですが、計算ではギアボックスの慣性を考慮する必要があります。
投稿日時: 2023 年 6 月 16 日