Come scegliere il motore per l'automazione industriale?

Esistono quattro tipi di carichi motore per l'automazione industriale:

1. Potenza regolabile e coppia costante: le applicazioni a potenza variabile e coppia costante includono nastri trasportatori, gru e pompe a ingranaggi. In queste applicazioni, la coppia è costante perché il carico è costante. La potenza richiesta può variare a seconda dell'applicazione, il che rende i motori CA e CC a velocità costante una buona scelta.

2. Coppia variabile e potenza costante: un esempio di applicazioni con coppia variabile e potenza costante è il riavvolgimento della carta. La velocità del materiale rimane la stessa, il che significa che la potenza non cambia. Tuttavia, all'aumentare del diametro del rotolo, il carico varia. Nei sistemi di piccole dimensioni, questa è una buona applicazione per motori a corrente continua o servomotori. Anche l'energia rigenerativa è un fattore da considerare e dovrebbe essere presa in considerazione quando si determina la dimensione di un motore industriale o si seleziona un metodo di controllo dell'energia. I motori a corrente alternata con encoder, controllo a circuito chiuso e azionamenti a quadrante completo possono essere utili nei sistemi di dimensioni maggiori.

3. Potenza e coppia regolabili: ventilatori, pompe centrifughe e agitatori necessitano di potenza e coppia variabili. All'aumentare della velocità di un motore industriale, aumenta anche la potenza e la coppia richieste. È con questi tipi di carichi che inizia la discussione sull'efficienza del motore, con gli inverter che caricano i motori a corrente alternata utilizzando azionamenti a velocità variabile (VSD).

4. Controllo di posizione o controllo di coppia: applicazioni come gli azionamenti lineari, che richiedono un movimento preciso in più posizioni, richiedono un controllo rigoroso della posizione o della coppia e spesso necessitano di feedback per verificare la corretta posizione del motore. I servomotori o i motori passo-passo sono la scelta migliore per queste applicazioni, ma i motori CC con feedback o i motori CA con inverter ed encoder sono comunemente utilizzati nelle linee di produzione di acciaio o carta e in applicazioni simili.

Diversi tipi di motori industriali

Sebbene esistano più di 36 tipi di motori CA/CC utilizzati nelle applicazioni industriali, esiste una notevole sovrapposizione nelle applicazioni industriali e il mercato ha spinto per semplificare la selezione dei motori. Questo riduce la scelta pratica dei motori nella maggior parte delle applicazioni. I sei tipi di motore più comuni, adatti alla stragrande maggioranza delle applicazioni, sono i motori CC brushless e con spazzole, i motori CA a gabbia di scoiattolo e a rotore avvolto, i servomotori e i motori passo-passo. Questi tipi di motore sono adatti alla stragrande maggioranza delle applicazioni, mentre altri tipi sono utilizzati solo per applicazioni speciali.

Tre principali tipi di applicazioni dei motori industriali

Le tre principali applicazioni dei motori industriali sono il controllo a velocità costante, a velocità variabile e di posizione (o di coppia). Diverse situazioni di automazione industriale richiedono applicazioni e problemi diversi, nonché una serie di problematiche specifiche. Ad esempio, se la velocità massima è inferiore alla velocità di riferimento del motore, è necessario un riduttore. Ciò consente inoltre a un motore più piccolo di funzionare a una velocità più efficiente. Sebbene online siano disponibili numerose informazioni su come determinare le dimensioni di un motore, sono molti i fattori che gli utenti devono considerare, poiché sono numerosi i dettagli da considerare. Il calcolo dell'inerzia del carico, della coppia e della velocità richiede all'utente di comprendere parametri quali la massa totale e le dimensioni (raggio) del carico, nonché l'attrito, le perdite del riduttore e il ciclo macchina. È inoltre necessario considerare le variazioni di carico, la velocità di accelerazione o decelerazione e il ciclo di lavoro dell'applicazione, altrimenti i motori industriali potrebbero surriscaldarsi. I motori a induzione CA sono una scelta popolare per le applicazioni industriali di movimento rotatorio. Dopo aver selezionato il tipo e le dimensioni del motore, gli utenti devono anche considerare i fattori ambientali e i tipi di carcassa del motore, come le applicazioni di lavaggio con carcassa a telaio aperto e in acciaio inossidabile.

Come selezionare il motore industriale

Tre problemi principali nella selezione dei motori industriali

1. App a velocità costante?

Nelle applicazioni a velocità costante, il motore funziona in genere a una velocità simile, con poca o nessuna considerazione per le rampe di accelerazione e decelerazione. Questo tipo di applicazione utilizza in genere controlli on/off a linea completa. Il circuito di controllo è solitamente costituito da un fusibile di derivazione con un contattore, un avviatore per motori industriali con protezione da sovraccarico e un controller manuale del motore o un avviatore statico. Sia i motori CA che CC sono adatti per applicazioni a velocità costante. I motori CC offrono la coppia massima a velocità zero e hanno un'ampia base di montaggio. Anche i motori CA sono una buona scelta perché hanno un elevato fattore di potenza e richiedono poca manutenzione. Al contrario, le elevate prestazioni di un servomotore o di un motore passo-passo sarebbero considerate eccessive per un'applicazione semplice.

2. App a velocità variabile?

Le applicazioni a velocità variabile richiedono in genere velocità e variazioni di velocità compatte, nonché rampe di accelerazione e decelerazione definite. Nelle applicazioni pratiche, la riduzione della velocità dei motori industriali, come ventilatori e pompe centrifughe, viene solitamente effettuata per migliorare l'efficienza adattando il consumo energetico al carico, anziché far funzionare i motori a piena velocità e limitarne o sopprimerne l'erogazione. Questi aspetti sono molto importanti da considerare per le applicazioni di trasporto come le linee di imbottigliamento. La combinazione di motori CA e VFDS è ampiamente utilizzata per aumentare l'efficienza e funziona bene in una varietà di applicazioni a velocità variabile. Sia i motori CA che CC, con azionamenti appropriati, funzionano bene nelle applicazioni a velocità variabile. I motori CC e le relative configurazioni di azionamento sono stati a lungo l'unica scelta per i motori a velocità variabile e i loro componenti sono stati sviluppati e collaudati. Ancora oggi, i motori CC sono diffusi nelle applicazioni a velocità variabile e con potenza frazionaria e utili nelle applicazioni a bassa velocità perché possono fornire la coppia massima a basse velocità e una coppia costante a diverse velocità dei motori industriali. Tuttavia, la manutenzione dei motori CC è un aspetto da considerare, poiché molti richiedono la commutazione con spazzole e si usurano a causa del contatto con le parti in movimento. I motori CC brushless eliminano questo problema, ma sono più costosi a monte e la gamma di motori industriali disponibili è più limitata. L'usura delle spazzole non è un problema con i motori a induzione CA, mentre gli azionamenti a frequenza variabile (VFDS) offrono un'opzione utile per applicazioni superiori a 1 CV, come ventilatori e pompe, che possono aumentare l'efficienza. La scelta di un tipo di azionamento per azionare un motore industriale può aggiungere un certo grado di consapevolezza della posizione. Se l'applicazione lo richiede, è possibile aggiungere un encoder al motore e specificare un azionamento per utilizzare il feedback dell'encoder. Di conseguenza, questa configurazione può fornire velocità simili a quelle dei servoazionamenti.

3. Hai bisogno del controllo della posizione?

Un controllo di posizione preciso si ottiene verificando costantemente la posizione del motore durante il suo movimento. Applicazioni come gli azionamenti lineari di posizionamento possono utilizzare motori passo-passo con o senza feedback o servomotori con feedback intrinseco. Il motore passo-passo si muove con precisione in una posizione a velocità moderata e la mantiene. Un sistema passo-passo ad anello aperto offre un potente controllo di posizione se dimensionato correttamente. In assenza di feedback, il motore passo-passo eseguirà il numero esatto di passi, a meno che non incontri un'interruzione del carico superiore alla sua capacità. Con l'aumentare della velocità e della dinamica dell'applicazione, il controllo del motore passo-passo ad anello aperto potrebbe non soddisfare i requisiti del sistema, il che richiede l'aggiornamento a un sistema passo-passo o servomotore con feedback. Un sistema ad anello chiuso fornisce profili di movimento precisi e ad alta velocità e un controllo di posizione preciso. I servosistemi forniscono coppie più elevate rispetto ai motori passo-passo ad alte velocità e funzionano meglio anche con carichi dinamici elevati o applicazioni di movimento complesse. Per un movimento ad alte prestazioni con un basso overshoot di posizione, l'inerzia del carico riflesso dovrebbe corrispondere il più possibile all'inerzia del servomotore. In alcune applicazioni, un disallineamento fino a 10:1 è sufficiente, ma un adattamento di 1:1 è ottimale. La riduzione degli ingranaggi è un buon modo per risolvere il problema del disallineamento di inerzia, poiché l'inerzia del carico riflesso viene ridotta del quadrato del rapporto di trasmissione, ma l'inerzia del cambio deve essere presa in considerazione nel calcolo.