Hướng dẫn lựa chọn động cơ DC: Mô-men xoắn, tốc độ, điện áp và ứng dụng

Động cơ DC Hướng dẫn lựa chọn: Bắt đầu từ đâu

Việc chọn động cơ DC phù hợp có bốn con số: mô-men xoắn yêu cầu, tốc độ yêu cầu, điện áp cung cấp sẵn có và chu kỳ làm việc . Mọi quyết định khác - có chổi than hay không chổi than, kích thước động cơ, tỷ số hộp số - đều xuất phát từ việc thực hiện đúng bốn điều này trước tiên. Bắt đầu từ định mức công suất tiêu đề của động cơ thay vì yêu cầu tải thực tế là lý do phổ biến nhất khiến động cơ nóng, chết máy khi tải hoặc bị hao mòn sớm.

Trình tự lựa chọn thực tế trước tiên sẽ hoạt động thông qua tải cơ học, sau đó chuyển thành các yêu cầu về điện: xác định mô-men xoắn tải và tốc độ ở trục đầu ra, hệ số giảm tốc của hộp số, tính toán công suất điện và dòng điện mà mô-men xoắn yêu cầu, sau đó chỉ kiểm tra điều đó dựa trên điện áp cung cấp sẵn có và giới hạn nhiệt của động cơ dự kiến.

Tính toán yêu cầu về mô-men xoắn và tốc độ

Yêu cầu về mô-men xoắn bắt đầu từ tải cơ học: đối với tải quay, mô-men xoắn (tính bằng Nm) bằng lực tác dụng tại bán kính nhân với bán kính đó; đối với chuyển động tuyến tính thông qua vít me hoặc đai, mô-men xoắn được lấy từ lực cần thiết chia cho lợi thế cơ học của hệ thống truyền động. Thêm giới hạn an toàn khoảng 20-50% so với mô-men xoắn ở trạng thái ổn định được tính toán để bù đắp quán tính khởi động, tổn thất ma sát và biến đổi tải.

Yêu cầu về tốc độ thường được đặt theo thời gian chu kỳ ứng dụng hoặc tốc độ xử lý, được biểu thị bằng RPM ở trục đầu ra. Nếu hộp số nằm giữa động cơ và tải, tốc độ trục của chính động cơ phải là tốc độ đầu ra nhân với tỷ số truyền và yêu cầu mô-men xoắn của động cơ giảm theo tỷ lệ (trước khi tổn thất hiệu suất, thường làm giảm mô-men xoắn có thể sử dụng từ 5-15% tùy thuộc vào loại hộp số).

Chọn điện áp cung cấp phù hợp

Việc lựa chọn điện áp được điều khiển bởi nguồn điện của hệ thống và dòng điện mà thiết bị điện tử truyền động có thể xử lý chứ không chỉ bằng tốc độ động cơ. Đối với một công suất đầu ra nhất định, điện áp cao hơn có nghĩa là dòng điện rút ra thấp hơn , cho phép đi dây mỏng hơn, đầu nối nhỏ hơn và tổn hao điện trở thấp hơn — một yếu tố quan trọng khi chạy cáp dài hoặc truyền động công nghiệp công suất cao.

• Thiết bị di động và chạy bằng pin: thường bị giới hạn ở điện áp bus DC 12V, 24V hoặc 48V
• Dây chuyền tự động hóa công nghiệp: thường chạy trên điện áp điều khiển 24V hoặc 48V hoặc bus DC điện áp cao hơn cho các hệ thống servo và không chổi than lớn
• Tránh chọn động cơ có công suất định mức cao hơn điện áp nguồn hiện có — chạy động cơ dưới điện áp sẽ làm giảm mô-men xoắn khả dụng và có thể gây ra việc điều khiển tốc độ thất thường

Động cơ DC trong ứng dụng công nghiệp và tự động hóa

Thiết bị công nghiệp và tự động hóa ưa chuộng động cơ DC — đặc biệt là thiết kế không chổi than — nơi việc điều khiển chuyển động chính xác, lặp lại quan trọng hơn công suất đầu ra thô. Hệ thống băng tải, dây chuyền đóng gói, bộ truyền động trục CNC và thiết bị xử lý vật liệu thường sử dụng động cơ DC không chổi than hoặc động cơ DC loại servo kết hợp với bộ mã hóa để phản hồi vị trí vòng kín và tốc độ.

• Truyền động băng tải và con lăn: Động cơ DC có chổi than hoặc không chổi than phù hợp với yêu cầu về mô men tải và tốc độ đai
• Trục gắp và đặt và CNC: Động cơ servo DC hoặc DC không chổi than để định vị chính xác, lặp lại
• Máy bơm và quạt trong thiết bị xử lý: Động cơ PMDC hoặc BLDC được chọn để đạt hiệu suất hoạt động liên tục
• Xe dẫn hướng tự động (AGV) và rô-bốt di động: động cơ BLDC nhỏ gọn được chọn để có mật độ mô-men xoắn cao và tiết kiệm pin

Ứng dụng mô-men xoắn cao và động cơ nhỏ gọn cho robot

Các ứng dụng động cơ DC mô-men xoắn cao - cần cẩu, tời, bộ truyền động điện và động cơ khởi động hạng nặng - thường yêu cầu các thiết kế không chổi than có số cực hoặc dây quấn nối tiếp có khả năng cung cấp mô-men xoắn lớn ở tốc độ RPM thấp, thường được ghép nối với hộp số để nhân thêm mô-men xoắn ở trục đầu ra. Các ứng dụng này ưu tiên mô-men xoắn khởi động và công suất nhiệt hơn tốc độ tối đa.

Các ứng dụng robot nằm ở đầu kia của quang phổ: Động cơ DC không chổi than nhỏ gọn, mật độ mô-men xoắn cao với bộ mã hóa tích hợp là lựa chọn tiêu chuẩn cho các bộ truyền động chung và bệ di động, trong đó mỗi gam trọng lượng và mỗi milimet đường kính vỏ đều ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của hệ thống. Các thiết kế BLDC không lõi và không khung ngày càng được sử dụng nhiều trong các khớp robot, đặc biệt vì chúng làm giảm mô-men xoắn bánh răng và cải thiện độ mượt mà khi điều khiển ở tốc độ thấp.

Động cơ DC và động cơ AC

Sự khác biệt cơ bản là tính đơn giản của điều khiển so với khả năng mở rộng thô: Động cơ DC cung cấp khả năng kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn đơn giản thông qua điều chỉnh điện áp và dòng điện, trong khi động cơ AC vượt trội khi vận hành liên tục, công suất cao với chi phí bảo trì thấp hơn . Động cơ cảm ứng AC chiếm ưu thế trong các ổ đĩa công nghiệp tốc độ cố định lớn — máy bơm, máy nén, quạt lớn — nơi độ chắc chắn và việc không có chổi hoặc nam châm giúp kéo dài tuổi thọ sử dụng ở mức công suất cao.