انتخاب سروو موتور - قسمت اول

انتخاب یا سایز کردن فرآیند انتخاب بهترین موتور برای یک فرآیند مشخص است. پارامترهای زیادی برای انخاب بهترین موتور وجود دارد. برخی از این فاکتورها در زیر فهرست شده اند.

• مشخصات حرکت
• اینرسی
• سرعت
• شتاب گیری
• گشتاور
• توانایی و ظرفیت بازتولید
• قیمت (هزینه)
• نیازمندی های رزولوشن (الزامات زینه بندی)
• محیط (شرایط محیطی)
• مشخصات منبع تغذیه
• محدودیتهای اندازه فیزیکی

 

تمامی پارامترهای فوق مورد نیاز هستند. اما برای سایز کردن یا انتخاب سروو موتور چهار پارامتر کلیدی وجود دارد.

پارمترهای اصلی انتخاب سروو موتور

1- نسبت اینرسی
2- سرعت
3- حداکثر گشتاور مورد نیاز
4- گشتاور RMS مورد نیاز

که در این مقاله با جزئیات کامل مورد بررسی قرار می گیرد.

1- نسبت اینرسی

نسبت ممان اینرسی با رابط زیر تعریف می شود.

 ممان اینرسی (J)

تعریف: ممان اینرسی به این معنا است که سرعت دوران یک جسم با چه سختی تغییر می کند. و برای سادگی اینرسی نامیده می شود.

اینرسی موتور (jM)

بخشی از طراحی سروو موتور است و در کاتالوگ تولید کنندگان می توان آن را یافت. هر جزئی که توسط موتور به حرکت در می آید در اینرسی بار منظور می گردد.

 

تعیین نرخ (نسبت) اینرسی

نسبت اینرسی = اینرسی بار اینرسی موتور

نسبت 5:1 در بیتشر کاربردها مناسب است.

نسبت 2:1 یا کمتر در کاربردهای با عملکرد بالا مناسب است.

نسبت 10:1 یا بیشتر در هنگامی که عملکرد بحرانی نیست.

به منظور تسهیل در حلقه کنترل عملکرد ماشین، نسبت اینرسی باید کوچک باشد. در صورتیکه همه پارامترها یکسان باشد، هر چقدر نسبت اینرسی پایین تر باشد بهتر است. با این وجود تامین نسبت اینرسی پایین نیاز به موتور بزرگتر و گرانتر دارد. که باعث افزایش کمی در بهبود عملکرد موتور می شود. در صورتیکه نسبت اینرسی فاکتور انتخاب سروو موتور شما است. به دقت الزامات مورد نیاز که می تواند الزامات و نیازمندی سرعت-گشتاور شما را تامین کنند، بیابید.

 

مشخصه گشتاور-سرعت در کاتالوگ تشریح شده است. و به صورت منحنی گشتاور-سرعت برای هر موتور مشخص شده اند که سرعت موتور را در محور عمودی نشان می دهد و محور افقی بیانگر گشتاور است. منحنی های گشتاور-سرعت دارای دو ناحیه کارکرد پیوسته و کارکرد دوره ای هستند.

در صورتیکه ترکیب گشتاور و سرعت موتور در ناحیه پیوسته قرار داشته باشد. در این صورت موتور می تواند گشتاور را در سرعت مورد نظر بدون گرم شدن بیش از حد آن به طور پیوسته تحویل دهد.

در صورتیکه ترکیب گشتاور – سرعت موتور در ناحیه کارکرد دوره ای قرار داشته باشد. در این صورت موتور می تواند این گشتاور و سرعت را در زمان محدود و مشخصی تحویل دهد. در صورتیکه زمان کارکرد زیاد شود موتور بیش از اندازه داغ می شود. به منظور جلوگیری از آسیب ناشی از داغ شدن بیش از حد، آمپلی فایر به صورت اتوماتیک موتور را قطع کرده و علامت خطای"زمان استفاده بیش از اندازه شده است" را نشان می دهد.

اما در صورتیکه در دوره های زمانی متناوب کوتاه مدت نظیر زمان شتاب گیری و شتاب دهی به گشتاور بالا نیاز باشد. موتور می تواند به صورت ایمن در ناحیه کارکرد دوره ای کار کرده و گشتاور تا سه برابر گشتاور نامی خود را برای سه ثانیه یا بیشتر تولید کند.

 

 هنگام انتخاب موتور مهم است که منحنی گشتاور-سرعت به طور موثری مورد استفاده قرار گیرد. منحنی گشتاور-سرعت چند نقطه مهم و کلیدی دارد.

 

گشتاور نامی (Rated Torque): حداکثر گشتاوری که موتور می تواند به صورت پیوسته در سرعت نامی یا زیر سرعت نامی تامین کند. (گشتاور 100%)

سرعت نامی (Rated Speed): بالاترین سرعتی است که گشتاور نامی در آن قابل تامین است. در صورتیکه موتور در سرعتی بیش از سرعت نامی کار کند. مقادیر گشتاور حداکثر و پیوسته قابل دسترس کاهش می یابند.

حداکثر سرعت (Maximum Speed): در بالای منحنی گشتاور-دور قرار دارد.

گشتاور حداکثر (Maximum Torque): حاکثر مقدار گشتاور که موتور در یک سرعت مفروش می تواند تامین کند. در سرعت نامی و پایین تر، حاکثر گشتاور در دسترس سه برابر (300%) گشتاور کاردهی پیوسته است که می تواند برای 3 ثانیه یا بیشتر اعمال گردد.

 

با توجه به اینکه توانمندی موتور توسط منحنی گشتاور-دور تشریح می گردد. و با توجه به پروفایل گشتاور و سرعت مورد نیاز، پروفایل سرعت بیانگر منحنی ترسیم شده سرعت مورد نیاز موتور در مقابل زمان است. و پروفایل گشتاور بیانگر منحنی ترسیم شده گشتاور مورد نیاز موتور برای ماشین که بتواند سرعت مورد نیاز را در همان سرعت دنبال کند.

این شکل یک پروفایل سرعت و گشتاور مورد نیاز برای تغییر موقعیت یک راه انداز افقی بدون نیروی خارجی را نشان می دهد. در ابتدای شروع حرکت، سرعت افزایش یافته و تراورس را شتاب می دهد مقداری با سرعت ثابت ادامه می دهد و سپس سرعت آن کاهش یافته و شتاب را پس می دهد تا متوقف گردد. با توجه به شکل زیر، این پروفایل سرعت را به عنوان پروفایل سرعت ذوزنقه ای یا حرکت ذوزنقه ای می شناسند.

 

به شکل بالا توجه کنید. گشتاور در لحظه شروع حرکت ذوزنقه ای در بیشترین مقدار خود است چونکه باید علاوه بر غلبه بر اصطکاک مکانیکی بار را از حالت سکون شتاب بدهد. این نقطه بیشترین گشتاور "گشتاور ماکزیمم" نامیده می شود. بعد از این نقطه فقط لازم است که بر اصطکاک غلبه یافته و سرعت را ثابت نگه داریم. لذا گشتاور مورد نیاز کاهش می یابد. در هنگام کاهش سرعت به گشتاور معکوس نیاز است. گشتاور مورد نیاز در هنگام کاهش سرعت از گشتاور حین شتاب گیری کمتر است. چونکه اصطکاک نیز به کاهش سرعت کمک می کند. و در صورتیکه گشتاور اصطکاک خیلی زیاد باشد. حتی ممکن است برای توقف کردن نیاز به گشتاور مثبت باشد تا ماشین خیلی سریع متوقف نشود.

خیلی مهم است که مطمئن شویم موتور می تواند گشتاور حداکثر (Max Torque) مورد نیاز را در سرعت کاربردی خود را تامین کند. گشتاور حداکثر در سرعت مورد استفاده به صورت ایده آل بهتر است در ناحیه کاری پیوسته قرار داشته باشد اما ممکن است در این حالت موتور بزرگتر از اندازه (Oversized) انتخاب شده باشد.

پارامتر دیگری که در سایز کردن و انتخاب سروو موتور خیلی مهم است گشتاور موثر (RMS Torque) است. گشتاور موثر مجذور مربع گشتاور مورد نیاز در کل بازه زمانی است و بیانگر سطح گشتاور حالت پایدار است.برای مثال اگر سروو موتور 1.2 Nm گشتاور موثر داشته باشد همان قدر داغ می شود که 1.2Nm گشتاور پیوسته (کارکرد پیوسته) داشته باشد. خیلی مهم است که مطمئن شویم گشتاور موثر کارکرد موتور در ناحیه کارکرد پیوسته قرار داشته باشد.

چهار فاکتور اصلی شامل 1- نسبت اینرسی 2- سرعت 3- حداکثر گشتاور در سرعت نامی 4- گشتاور موثر در سرعت نامی مورد بحث قرار گرفت. و بدین ترتیب احتمالا موتور سایز گردید اما در حقیقت پارامترهای دیگری هم وجود دارند که با توجه به نوع کاربری مهم هستند.

 

ادامه این بحث را در مقاله "انتخاب سروو موتور - قسمت دوم" پیگیری کنید.

 

برای مشاهده خدمات موسسه موتور درایو در زمینه اجرای پروژه اتوماسیون صنعتی بر روی بنر زیر کلیک کنید.

 

 مرجع

1- فیلم آموزشی شرکت YASKAWA در یوتیوب به آدرس
https://www.youtube.com/watch?v=4MaGqSQfYOk

 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

پیشنهاد موتور درایو برای یادگیری مباحث مربوط به موتورهای DC، BLDC و دیگر ماشین های خاص مطالعه مقالات زیر است.

1- انتخاب سروو موتور - قسمت اول

2- انتخاب سروو موتور - قسمت دوم

3- موتور پله ای

4- موتورهای خطی

5- تعمیر موتور DC - قسمت اول

6- تعمیر موتور DC - قسمت دوم

7- چگونه یک موتور DC را تست کنیم

8- کنترل دور موتور DC با روش وارد-لئونارد

9- ساختار و نحوه عملکرد فن کامپیوتر PC

10- چگونه یک موتور بدون جاروبک (BRUSHLESS) انتخاب کنیم

11- انواع فن کامپیوتر PC

12- چگونه از لرزش موتورهای پله ای جلوگیری کنیم ؟

13- ساختمان و عملکرد موتور DC بدون جاروبک (BLDC Motor)

14- ساختمان، نحوه عملکرد و کاربردهای موتورهای DC – قسمت اول

15- ساختمان، نحوه عملکرد و کاربردهای موتورهای DC – قسمت دوم

16- ساختمان، نحوه عملکرد و کاربردهای موتورهای DC – قسمت سوم