دليل اختيار محرك التيار المستمر: عزم الدوران والسرعة والجهد والتطبيقات

محرك العاصمة دليل الاختيار: من أين تبدأ

اختيار محرك التيار المستمر المناسب يأتي في أربعة أرقام: عزم الدوران المطلوب، والسرعة المطلوبة، والجهد المتاح، ودورة العمل . كل القرارات الأخرى - بالفرشاة مقابل بدون فرش، وحجم المحرك، ونسبة علبة التروس - تأتي من الحصول على هذه الأربعة بشكل صحيح أولاً. يعد البدء من تصنيف الطاقة الرئيسي للمحرك بدلاً من متطلبات الحمل الفعلية هو السبب الأكثر شيوعًا وراء ارتفاع حرارة المحركات أو توقفها تحت الحمل أو تآكلها مبكرًا.

يعمل تسلسل الاختيار العملي من خلال الحمل الميكانيكي أولاً، ثم يترجم ذلك إلى متطلبات كهربائية: حدد عزم دوران الحمل وسرعته عند عمود الخرج، وعامل أي انخفاض في علبة التروس، واحسب الطاقة الكهربائية وسحب التيار الذي يتطلبه عزم الدوران، وبعد ذلك فقط تحقق من ذلك مقابل جهد الإمداد المتاح والحدود الحرارية للمحركات المرشحة.

حساب متطلبات عزم الدوران والسرعة

تبدأ متطلبات عزم الدوران بالحمل الميكانيكي: بالنسبة للحمل الدوار، فإن عزم الدوران (بالنيوتن متر) يساوي القوة المطبقة على نصف قطر مضروبًا في نصف القطر هذا؛ بالنسبة للحركة الخطية من خلال المسمار أو الحزام، يتم اشتقاق عزم الدوران من القوة المطلوبة مقسومة على الميزة الميكانيكية لنظام القيادة. أضف هامش أمان بنسبة 20-50% تقريبًا فوق عزم الدوران المحسوب للحالة المستقرة لتغطية القصور الذاتي في البداية، وفقدان الاحتكاك، وتغير الحمل.

عادةً ما يتم تحديد متطلبات السرعة من خلال وقت دورة التطبيق أو معدل العملية، معبرًا عنه بـ RPM عند عمود الإخراج. إذا كان صندوق التروس موجودًا بين المحرك والحمل، فيجب أن تكون سرعة عمود المحرك هي سرعة الخرج مضروبة في نسبة التروس، وتنخفض متطلبات عزم دوران المحرك بشكل متناسب (قبل فقدان الكفاءة، والذي يقلل عادةً من عزم الدوران القابل للاستخدام بنسبة 5-15٪ اعتمادًا على نوع علبة التروس).

اختيار جهد الإمداد المناسب

يتم تحديد الجهد الكهربي بواسطة مصدر طاقة النظام والتيار الذي يمكن لإلكترونيات المحرك التعامل معه، وليس بواسطة سرعة المحرك وحدها. بالنسبة لخرج طاقة معين، الجهد العالي يعني انخفاض سحب التيار ، والذي يسمح بأسلاك أرق وموصلات أصغر وتقليل فقد المقاومة - وهو عامل مهم في تشغيل الكابلات الطويلة أو محركات الأقراص الصناعية عالية الطاقة.

• المعدات المحمولة التي تعمل بالبطارية: عادةً ما تكون مقيدة بجهد ناقل 12 فولت أو 24 فولت أو 48 فولت تيار مستمر
• خطوط الأتمتة الصناعية: تعمل غالبًا على جهد تحكم 24 فولت أو 48 فولت، أو حافلات DC ذات الجهد العالي للأنظمة المؤازرة الكبيرة والأنظمة الخالية من الفرشاة
• تجنب اختيار محرك ذي جهد كهربي أعلى بكثير من الجهد الكهربي المتوفر — فتشغيله بجهد أقل من الجهد الكهربي يقلل من عزم الدوران المتوفر ويمكن أن يتسبب في التحكم غير المنتظم في السرعة

محركات التيار المستمر في التطبيقات الصناعية والأتمتة

تفضل المعدات الصناعية ومعدات التشغيل الآلي المحركات التي تعمل بالتيار المستمر - وخاصة التصميمات التي لا تحتوي على فرش - حيث يكون التحكم الدقيق والمتكرر في الحركة أكثر أهمية من إنتاج الطاقة الخام. تستخدم أنظمة النقل وخطوط التعبئة والتغليف ومحركات المحور CNC ومعدات مناولة المواد عادةً محركات DC بدون فرش أو محركات DC من النوع المؤازر مقترنة بأجهزة تشفير لوضع الحلقة المغلقة وردود الفعل السريعة.

• محركات الناقل والأسطوانة: محركات DC ذات فرش أو بدون فرش مطابقة لمتطلبات عزم الدوران وسرعة الحزام
• محاور الانتقاء والمكان وCNC: محركات مؤازرة DC أو DC بدون فرش لتحديد المواقع بدقة وقابلة للتكرار
• المضخات والمراوح في معدات العمليات: تم اختيار محركات PMDC أو BLDC لضمان كفاءة العمل المستمر
• المركبات الموجهة الآلية (AGVs) والروبوتات المتنقلة: تم اختيار محركات BLDC المدمجة لكثافة عزم الدوران العالية وكفاءة البطارية

تطبيقات عزم الدوران العالي والمحركات المدمجة للروبوتات

تطبيقات محركات التيار المستمر ذات عزم الدوران العالي - الرافعات، والروافع، والمحركات الكهربائية، ومحركات التشغيل للخدمة الشاقة - تتطلب عادةً تصميمات بدون فرش ذات جرح متسلسل أو ذات عدد أقطاب عالية قادرة على توفير عزم دوران كبير عند عدد دورات منخفض في الدقيقة، وغالبًا ما يتم إقرانها بعلبة تروس لزيادة مضاعفة عزم الدوران عند عمود الإخراج. تعطي هذه التطبيقات الأولوية لعزم الدوران والسعة الحرارية على السرعة القصوى.

تقع تطبيقات الروبوتات في الطرف الآخر من الطيف: محركات DC مدمجة وعالية الكثافة وعزم الدوران مع أجهزة تشفير مدمجة هي الاختيار القياسي للمحركات المشتركة والمنصات المتنقلة، حيث يؤثر كل جرام من الوزن وكل ملليمتر من قطر الغلاف على الأداء العام للنظام. يتم استخدام تصميمات BLDC بدون قلب وبدون إطار بشكل متزايد في المفاصل الآلية على وجه التحديد لأنها تقلل من عزم الدوران وتحسن سلاسة التحكم عند السرعات المنخفضة.

محرك DC مقابل محرك AC

يتمثل الاختلاف الأساسي في بساطة التحكم مقابل قابلية التوسع الأولية: توفر محركات التيار المستمر تحكمًا مباشرًا في السرعة وعزم الدوران من خلال ضبط الجهد والتيار، بينما تتفوق محركات التيار المتردد في التشغيل عالي الطاقة والتشغيل المستمر مع صيانة أقل . تهيمن المحركات الحثية ذات التيار المتردد على المحركات الصناعية الكبيرة ذات السرعة الثابتة - المضخات والضواغط والمراوح الكبيرة - حيث تترجم صلابتها وقلة الفرش أو المغناطيس إلى عمر خدمة أطول عند مستويات طاقة عالية.