V automatizačních zařízeních, mobilních robotech a průmyslových aplikacích není výběr motoru pouze o kontrole, zda motor může poskytnout dostatečný točivý moment.

Mnoho inženýrů začíná výpočtem točivého momentu, aby zjistili, zda motor může pohánět zátěž. Samotný točivý moment však plně neurčuje, zda je motor vhodný pro danou aplikaci.

V reálných projektech se může stroj normálně rozběhnout a úspěšně přesunout zátěž, ale po dosažení cílové rychlosti může motor zaznamenat nadměrný nárůst teploty, nedostatečný trvalý výkon nebo alarmy přetížení.

Důvodem často není nesprávný výpočet točivého momentu, ale nedostatečné ověření výkonu.

Točivý moment určuje, zda má motor dostatečnou sílu k pohybu zátěže, zatímco výkon určuje, zda je motor schopen nepřetržitě dodávat požadovaný výkon při cílové rychlosti.

Například stejný točivý moment 2N.m vyžaduje zcela odlišné úrovně výkonu při 100 ot./min a 3000 ot./min. Po výpočtu točivého momentu je proto také nutný výpočet výkonu motoru, aby se ověřilo, zda motor může splňovat skutečné provozní požadavky.

1. Proč samotný točivý moment nestačí pro výběr motoru

Výkon motoru lze pochopit ze tří klíčových faktorů: točivý moment, rychlost a výkon.

Moment představuje rotační sílu generovanou motorem a určuje, zda motor může pohánět zátěž.

Rychlost představuje, jak rychle se motor otáčí, a určuje rychlost pohybu zařízení.

Výkon kombinuje točivý moment a rychlost, což představuje, kolik mechanické energie může motor dodat za určitou dobu.

Jednoduchým příkladem je jízdní kolo.

Při jízdě do kopce musí jezdec vyvinout větší sílu na pedály, ale rychlost jízdy je obvykle nižší. Při jízdě vysokou rychlostí na rovném povrchu může být síla šlapání nižší, ale nohy rotují rychleji a celkový výdej energie se zvyšuje.

Je-li současně vyžadována vysoká rychlost a schopnost stoupání, požadovaný výkon je mnohem vyšší.

Stejný princip platí pro průmyslové motory.

Motor s dostatečným točivým momentem nemusí mít nezbytně dostatečnou kapacitu pro vysokorychlostní-provoz. Skutečnou výstupní schopnost lze vyhodnotit pouze s ohledem na točivý moment a otáčky.

2. Jak vypočítat výkon motoru?

Mechanický výkon je určen kroutícím momentem a rychlostí otáčení.

Běžně používaná metoda inženýrského výpočtu je:

Výkon motoru=Točivý moment x rychlost / 9550

Výsledek výpočtu představuje mechanický výstupní výkon motoru.

Tento vztah ukazuje, že výkon motoru závisí jak na točivém momentu, tak na otáčkách.

Vyšší točivý moment vyžaduje vyšší výkon.

Vyšší rychlost vyžaduje také vyšší výkon.

Proto by při výběru motoru měli technici nejen zkontrolovat, zda je točivý moment dostatečný, ale také potvrdit, zda motor dokáže udržet požadovaný výkon při cílových otáčkách.

3. Proč vyšší rychlost vyžaduje větší výkon při stejném točivém momentu?

Předpokládejme, že motor poskytuje stejný točivý moment při různých provozních rychlostech.

Při nižších otáčkách vyžaduje motor relativně méně energie.

Když se rychlost otáčení výrazně zvýší, motor potřebuje dodat více energie za stejnou dobu, což znamená, že se odpovídajícím způsobem zvýší požadovaný výkon.

To vysvětluje, proč některé stroje mohou normálně pracovat při nízkých otáčkách, ale při rychlejším chodu mají nedostatečný výkon nebo nadměrné zahřívání.

V mnoha aplikacích není omezením nedostatečný točivý moment. Skutečným problémem je, že motor nemůže poskytovat dostatek trvalého výkonu při požadovaných provozních otáčkách.

4. Jak vypočítat výkon pro lineární pohybové systémy?

Mnoho automatizačních systémů používá mechanismy lineárního pohybu, jako například:

Pohony s kuličkovým šroubem

Lineární moduly

Zvedací mechanismy

Systémy manipulace s materiálem

Pro tyto aplikace jsou požadavky na napájení určovány především:

Přítlačná síla

Rychlost pohybu

Účinnost přenosu

Základní vztah je:

Výkon motoru=Síla x rychlost / účinnost

Pokud například lineární mechanismus vyžaduje určitou přítlačnou sílu a pohybuje se určitou rychlostí, lze požadovaný mechanický výkon vypočítat na základě stavu zatížení a účinnosti převodu.

Při převodu požadavku na hřídel motoru je třeba vzít v úvahu také faktory, jako je stoupání šroubu, redukční poměr a mechanická účinnost.

Ať už se jedná o lineární pohyb nebo rotační pohyb, princip zůstává stejný:

Požadovaný výkon závisí na tom, jak velká síla je potřeba a jak rychle musí být pohyb dokončen.

[Obraz]

5. Proč je třeba brát v úvahu účinnost přenosu?

Ve skutečných mechanických systémech nelze energii motoru přenášet na zátěž se 100procentní účinností.

Ke ztrátám energie může dojít:

Tření kuličkového šroubu

Ztráty převodovky

Ztráty řemenového převodu

Ložiskové tření

Odpor vodicí kolejnice

Výběr motoru proto musí brát v úvahu celý převodový systém spíše než pouze požadavek na zatížení.

Nižší účinnost přenosu znamená, že motor musí poskytovat vyšší výstupní výkon, aby dosáhl stejného výkonu při zatížení.

To je důvod, proč stejná aplikace může vyžadovat různé specifikace motoru, když se používají různé mechanické konstrukce.

6. Výběr výkonu motoru vyžaduje analýzu křivky rychlosti-točivého momentu

Jmenovitý výkon uvedený v datovém listu motoru je pouze jedním referenčním parametrem.

Aby bylo možné určit, zda je motor vhodný, měli by inženýři analyzovat také křivku-otáčkových momentů.

Různé pracovní podmínky vyžadují pozornost k různým faktorům výkonu:

Nízká-rychlost:

Zaměřte se na schopnost nepřetržitého točivého momentu.

Vysokorychlostní{0}}provoz:

Zaměřte se na trvalý výkon.

Zrychlení a zpomalení:

Zaměřte se na maximální točivý moment a výkon pohonu.

Dlouhodobý-provoz:

Zaměřte se na nárůst teploty a tepelnou kapacitu.

Některé motory poskytují silný točivý moment při nízkých otáčkách, ale při vyšších otáčkách ztrácejí výkon.

Některé motory mohou poskytovat vysoký špičkový výkon, ale nemohou udržet nepřetržitý provoz při velkém zatížení.

Proto výpočet výkonu motoru není jen o výběru většího výkonu. Jde o potvrzení, zda motor může fungovat spolehlivě za skutečných pracovních podmínek.

[Obraz]

7. Výpočet výkonu motoru je pouze jednou částí výběru motoru

Výpočet výkonu je důležitým krokem, ale není posledním krokem při výběru motoru.

Po určení požadovaného výkonu musí inženýři ještě ověřit:

Zda špičkový točivý moment splňuje požadavky na zrychlení

Zda nepřetržitý provoz způsobuje nadměrné zahřívání

Zda byla zohledněna účinnost přenosu

Ať už vertikální zatížení vyžaduje přídržný moment nebo brzdění

Zda existují časté cykly start{0}}stop

Spolehlivý proces výběru motoru by měl vzít v úvahu více faktorů, včetně charakteristik zatížení, setrvačnosti, požadavků na krouticí moment, požadavek na výkon a skutečné provozní podmínky.

8. Tři kroky pro výpočet výkonu motoru

V praktických inženýrských projektech lze výpočet výkonu motoru provést ve třech krocích.

Krok 1: Určete požadavky na zatížení

Analyzovat:

Zatěžovací síla

Požadovaný točivý moment

Provozní rychlost

Pracovní cyklus

Krok 2: Převeďte požadavky na parametry motoru

Zvážit:

Převodový poměr

Vedení šroubu

Účinnost přenosu

Poté určete:

Výstupní moment motoru

Provozní rychlost motoru

Krok 3: Ověřte výkon motoru

Kontrola:

Jmenovitý výkon

Trvalý kroutící moment

Špičkový točivý moment

Maximální rychlost

Nárůst teploty

Teprve po ověření těchto parametrů lze potvrdit, že motor je vhodný pro danou aplikaci.

9. Pět běžných chyb ve výpočtu výkonu motoru

Chyba 1: Dívat se pouze na výkon a ignorovat točivý moment

Motory se stejným jmenovitým výkonem mohou poskytovat různý točivý moment za různých provozních podmínek. Nízké-rychlostní-zatížení aplikací nelze vybrat pouze na základě výkonu.

Chyba 2: Dívat se pouze na točivý moment a ignorovat rychlost

Motor může mít dostatečný krouticí moment pro pohyb zátěže, ale přesto nedosahuje požadované provozní rychlosti.

Chyba 3: Ignorování účinnosti přenosu

Výkon požadovaný zátěží se nerovná skutečnému požadavku na výkon motoru. Je třeba počítat s mechanickými ztrátami.

Chyba 4: Zacházení se špičkovým výkonem jako s nepřetržitým výkonem

Špičkový výkon představuje pouze krátkodobou{0}}schopnost. Dlouhodobý-provoz závisí na jmenovitém výkonu a tepelné kapacitě.

Chyba 5: Kontrola pouze hodnot v datovém listu bez křivek výkonu

Motor by měl být posuzován podle jeho kompletní charakteristiky točivého momentu-, nikoli pouze podle jednoho jmenovitého parametru.

Shrnutí: Základní logika výpočtu výkonu motoru

Výpočet výkonu motoru je nezbytnou součástí spolehlivého výběru motoru.

Základní princip je:

Točivý moment určuje, zda motor může pohybovat zátěží.

Rychlost určuje, jak rychle může zařízení pracovat.

Výkon určuje, zda je motor schopen nepřetržitě dodávat požadovaný výkon při cílové rychlosti.

Kompletní proces výběru motoru by měl zahrnovat:

Analýza zatížení

Výpočet točivého momentu

Ověření napájení

Analýza výkonnostní křivky

Hodnocení pracovního stavu

U mobilních robotických aplikací, včetně hnacích kol AGV, systémů pohonu AMR a řešení nízkonapěťových servopohonů, se Plutools zaměřuje na kompletní přizpůsobení systému pohonu spíše než na výběr komponent na základě jediného parametru.

Prostřednictvím profesionální technické analýzy a ověřování systému pomáhá Plutools zákazníkům dosáhnout vyšší účinnosti, vyšší spolehlivosti a delší životnosti inteligentních mobilních zařízení.

Technické pravidlo:

Nízká rychlost: Zaměřte se na točivý moment.

Vysoká rychlost: Zaměřte se na výkon.

Nepřetržitý provoz: Zaměřte se na tvorbu tepla.

Konečný výběr motoru by měl být vždy založen na úplných pracovních podmínkách a ověření výkonu motoru.