Esistono quattro tipi di carichi per motori nell'automazione industriale:
1. Potenza regolabile e coppia costante: Le applicazioni con 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 a corrente alternata e continua a velocità costante una buona scelta.
2. Coppia variabile e potenza costante: Un esempio di applicazioni con coppia variabile e potenza costante è rappresentato dalle macchine avvolgitrici di 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 piccoli sistemi, questa è un'applicazione ideale per motori a corrente continua o servomotori. Anche la potenza rigenerativa è un fattore da considerare quando si determina la dimensione di un motore industriale o si sceglie un metodo di controllo dell'energia. I motori a corrente alternata con encoder, controllo ad anello chiuso e azionamenti a quadrante completo possono essere vantaggiosi per i sistemi di grandi dimensioni.
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 il carico erogato, con conseguente incremento della potenza e della coppia richieste. È proprio in questi tipi di carico che si inizia a parlare di efficienza dei motori, con gli inverter che alimentano i motori a corrente alternata tramite azionamenti a velocità variabile (VSD).
4. Controllo di posizione o di coppia: Applicazioni come gli azionamenti lineari, che richiedono movimenti precisi in più posizioni, necessitano di un controllo preciso della posizione o della coppia e spesso richiedono un 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 e encoder sono comunemente utilizzati nelle linee di produzione di acciaio o carta e in applicazioni simili.
Diversi tipi di motori industriali
Sebbene esistano oltre 36 tipi di motori AC/DC utilizzati nelle applicazioni industriali, la grande sovrapposizione tra le diverse tipologie ha spinto il mercato a semplificare la scelta. Questo restringe la gamma di motori utilizzabili nella maggior parte delle applicazioni. I sei tipi di motore più comuni, adatti alla stragrande maggioranza delle applicazioni, sono i motori DC brushless e a spazzole, i motori AC a gabbia di scoiattolo e a rotore avvolto, i servomotori e i motori passo-passo. Questi tipi di motore sono adatti alla maggior parte delle applicazioni, mentre gli altri vengono utilizzati solo per applicazioni specifiche.
Tre principali tipologie di applicazioni di motori industriali
Le tre principali applicazioni dei motori industriali sono il controllo a velocità costante, a velocità variabile e di posizione (o di coppia). Le diverse situazioni di automazione industriale richiedono applicazioni e problematiche differenti, nonché specifici set di problemi. Ad esempio, se la velocità massima è inferiore alla velocità di riferimento del motore, è necessario un riduttore. Questo permette anche a un motore più piccolo di funzionare a una velocità più efficiente. Sebbene online si trovino numerose informazioni su come determinare la dimensione di un motore, gli utenti devono considerare molti fattori, data la presenza di numerosi dettagli. Il calcolo dell'inerzia del carico, della coppia e della velocità richiede la comprensione di parametri quali la massa totale e le dimensioni (raggio) del carico, nonché l'attrito, le perdite del riduttore e il ciclo della 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 comune per le applicazioni di movimento rotatorio industriale. Dopo la selezione del tipo e della dimensione del motore, gli utenti devono anche considerare i fattori ambientali e i tipi di involucro del motore, come ad esempio le applicazioni di lavaggio con telaio aperto e involucro in acciaio inossidabile.
Come scegliere un motore industriale
Tre problemi principali nella selezione dei motori industriali
1. Applicazioni a velocità costante?
Nelle applicazioni a velocità costante, il motore in genere funziona a una velocità simile, senza considerare o con scarsa considerazione delle rampe di accelerazione e decelerazione. Questo tipo di applicazione utilizza solitamente controlli on/off a linea intera. Il circuito di controllo è generalmente costituito da un fusibile del circuito derivato con un contattore, un avviatore industriale di sovraccarico per motori e un controllore manuale del motore o un avviatore statico. Sia i motori a corrente alternata (AC) che quelli a corrente continua (DC) sono adatti per applicazioni a velocità costante. I motori a corrente continua offrono la coppia massima a velocità zero e hanno una base di montaggio ampia. Anche i motori a corrente alternata 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 una semplice applicazione.
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 ben 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 funzionare a piena velocità e strozzando o sopprimendo la potenza erogata. Questi aspetti sono molto importanti da considerare per le applicazioni di trasporto, come le linee di imbottigliamento. La combinazione di motori CA e azionamenti a velocità variabile (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 di piccola potenza e sono utili nelle applicazioni a bassa velocità perché possono fornire la coppia massima a basse velocità e una coppia costante a varie velocità dei motori industriali. Tuttavia, la manutenzione dei motori CC è un aspetto da considerare, poiché molti richiedono la commutazione tramite spazzole e sono soggetti a usura a causa del contatto con le parti in movimento. I motori brushless a corrente continua eliminano questo problema, ma sono più costosi inizialmente e la gamma di motori industriali disponibili è più limitata. L'usura delle spazzole non è un problema con i motori a induzione a corrente alternata, mentre gli azionamenti a frequenza variabile (VFDS) rappresentano un'opzione utile per applicazioni superiori a 1 HP, come ventilatori e pompe, che possono aumentarne l'efficienza. La scelta del tipo di azionamento per un motore industriale può aggiungere una certa consapevolezza della posizione. È possibile aggiungere un encoder al motore se l'applicazione lo richiede e specificare un azionamento per utilizzare il feedback dell'encoder. Di conseguenza, questa configurazione può fornire velocità simili a quelle di un servomotore.
3. Hai bisogno del controllo di posizione?
Il controllo preciso della posizione si ottiene verificando costantemente la posizione del motore durante il movimento. Applicazioni come il posizionamento di azionamenti lineari possono utilizzare motori passo-passo con o senza feedback, oppure servomotori con feedback intrinseco. Il motore passo-passo si muove con precisione fino a una posizione a una velocità moderata e poi la mantiene. Un sistema a circuito aperto con motore passo-passo offre un controllo di posizione efficace se dimensionato correttamente. In assenza di feedback, il motore passo-passo si muoverà per il numero esatto di passi, a meno che non incontri un'interruzione di carico superiore alla sua capacità. Con l'aumentare della velocità e della dinamica dell'applicazione, il controllo a circuito aperto con motore passo-passo potrebbe non soddisfare i requisiti del sistema, rendendo necessario l'aggiornamento a un sistema con motore passo-passo o servomotore con feedback. Un sistema a circuito chiuso offre profili di movimento precisi ad alta velocità e un controllo di posizione accurato. I sistemi servo offrono 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 abbinamento 1:1 è ottimale. La riduzione del rapporto di trasmissione è un buon modo per risolvere il problema del disallineamento di inerzia, perché 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.
Data di pubblicazione: 16 giugno 2023