Como selecionar um motor para automação industrial?

Existem quatro tipos de cargas de motores para automação industrial:

1. Potência ajustável e torque constante: Aplicações que exigem potência variável e torque constante incluem transportadores, guindastes e bombas de engrenagem. Nessas aplicações, o torque é constante porque a carga também é constante. A potência necessária pode variar dependendo da aplicação, o que torna os motores CA e CC de velocidade constante uma boa opção.

2. Torque variável e potência constante: Um exemplo de aplicação de torque variável e potência constante é o rebobinamento de papel em máquinas. A velocidade do material permanece a mesma, o que significa que a potência não muda. No entanto, à medida que o diâmetro do rolo aumenta, a carga muda. Em sistemas pequenos, esta é uma boa aplicação para motores CC ou servomotores. A energia regenerativa também é uma preocupação e deve ser considerada ao determinar o tamanho de um motor industrial ou selecionar um método de controle de energia. Motores CA com encoders, controle em malha fechada e acionamentos de quadrante completo podem beneficiar sistemas maiores.

3. Potência e torque ajustáveis: ventiladores, bombas centrífugas e agitadores necessitam de potência e torque variáveis. À medida que a velocidade de um motor industrial aumenta, a carga de saída também aumenta, assim como a potência e o torque necessários. É nesses tipos de cargas que a discussão sobre eficiência do motor começa, com inversores alimentando motores CA por meio de inversores de frequência (VSDs).

4. Controle de posição ou controle de torque: Aplicações como acionamentos lineares, que exigem movimento preciso para múltiplas posições, requerem controle preciso de posição ou torque e, frequentemente, feedback para verificar a posição correta do motor. Servomotores ou motores de passo são a melhor escolha para essas aplicações, mas motores CC com feedback ou motores CA com inversor de frequência e encoders são comumente usados ​​em linhas de produção de aço ou papel e aplicações similares.

Diferentes tipos de motores industriais

Embora existam mais de 36 tipos de motores CA/CC usados ​​em aplicações industriais, há muita sobreposição entre eles. O mercado tem pressionado para simplificar a seleção de motores, o que restringe a escolha prática na maioria das aplicações. Os seis tipos de motores mais comuns, adequados para a grande maioria das aplicações, são: motores CC com escovas e sem escovas, motores CA com rotor de gaiola de esquilo e com rotor de bobina móvel, servomotores e motores de passo. Esses tipos de motores são adequados para a grande maioria das aplicações, enquanto outros tipos são usados ​​apenas para aplicações específicas.

Três tipos principais de aplicações de motores industriais

As três principais aplicações de motores industriais são controle de velocidade constante, velocidade variável e posição (ou torque). Diferentes situações de automação industrial exigem diferentes aplicações e problemas, bem como seus próprios conjuntos de desafios. Por exemplo, se a velocidade máxima for menor que a velocidade de referência do motor, uma caixa de engrenagens é necessária. Isso também permite que um motor menor opere em uma velocidade mais eficiente. Embora haja uma grande quantidade de informações online sobre como determinar o tamanho de um motor, existem muitos fatores que os usuários devem considerar, pois há muitos detalhes a serem levados em conta. O cálculo da inércia da carga, do torque e da velocidade exige que o usuário compreenda parâmetros como a massa total e o tamanho (raio) da carga, bem como o atrito, as perdas na caixa de engrenagens e o ciclo da máquina. As mudanças na carga, na velocidade de aceleração ou desaceleração e no ciclo de trabalho da aplicação também devem ser consideradas, caso contrário, os motores industriais podem superaquecer. Os motores de indução CA são uma escolha popular para aplicações industriais de movimento rotativo. Após a seleção do tipo e tamanho do motor, os usuários também precisam considerar fatores ambientais e tipos de carcaça do motor, como carcaça aberta e carcaça de aço inoxidável para aplicações de lavagem.

Como selecionar um motor industrial

Três principais problemas na seleção de motores industriais

1. Aplicativos com velocidade constante?

Em aplicações de velocidade constante, o motor normalmente opera a uma velocidade semelhante, com pouca ou nenhuma consideração pelas rampas de aceleração e desaceleração. Esse tipo de aplicação geralmente utiliza controles liga/desliga de linha completa. O circuito de controle normalmente consiste em um fusível de circuito derivado com um contator, um contator de partida industrial com proteção contra sobrecarga e um controlador de motor manual ou soft starter. Tanto motores CA quanto CC são adequados para aplicações de velocidade constante. Os motores CC oferecem torque máximo em velocidade zero e possuem uma base de montagem ampla. Os motores CA também são uma boa opção, pois possuem alto fator de potência e exigem pouca manutenção. Em contrapartida, as características de alto desempenho de um servomotor ou motor de passo seriam consideradas excessivas para uma aplicação simples.

2. Aplicativo com velocidade variável?

Aplicações de velocidade variável normalmente exigem velocidades e variações de velocidade compactas, bem como rampas de aceleração e desaceleração definidas. Na prática, a redução da velocidade de motores industriais, como ventiladores e bombas centrífugas, geralmente visa melhorar a eficiência, adequando o consumo de energia à carga, em vez de operar em velocidade máxima e restringir ou suprimir a potência. Esses aspectos são muito importantes para aplicações de transporte, como linhas de engarrafamento. A combinação de motores CA e inversores de frequência é amplamente utilizada para aumentar a eficiência e funciona bem em diversas aplicações de velocidade variável. Tanto motores CA quanto CC, com acionamentos apropriados, funcionam bem em aplicações de velocidade variável. Motores CC e configurações de acionamento têm sido, por muito tempo, a única opção para motores de velocidade variável, e seus componentes foram desenvolvidos e comprovados. Mesmo hoje, os motores CC são populares em aplicações de velocidade variável e baixa potência, sendo úteis em aplicações de baixa velocidade, pois podem fornecer torque máximo em baixas velocidades e torque constante em diversas velocidades industriais. No entanto, a manutenção de motores CC é um ponto a ser considerado, já que muitos requerem comutação com escovas e sofrem desgaste devido ao contato com partes móveis. Os motores CC sem escovas eliminam esse problema, mas têm um custo inicial mais elevado e a gama de motores industriais disponíveis é menor. O desgaste das escovas não é um problema nos motores de indução CA, enquanto os inversores de frequência (VFDs) oferecem uma opção útil para aplicações acima de 1 HP, como ventiladores e bombas, podendo aumentar a eficiência. A escolha do tipo de inversor para acionar um motor industrial pode adicionar alguma sensibilidade à posição. Um encoder pode ser adicionado ao motor, se a aplicação o exigir, e um inversor pode ser especificado para usar o feedback do encoder. Como resultado, essa configuração pode fornecer velocidades semelhantes às de um servomotor.

3. Você precisa de controle de posição?

O controle preciso de posição é obtido verificando-se constantemente a posição do motor durante seu movimento. Aplicações como acionamentos lineares de posicionamento podem usar motores de passo com ou sem feedback, ou servomotores com feedback inerente. O motor de passo se move com precisão para uma posição a uma velocidade moderada e, em seguida, mantém essa posição. Um sistema de motor de passo em malha aberta proporciona um controle de posição robusto se dimensionado corretamente. Quando não há feedback, o motor de passo se moverá o número exato de passos, a menos que encontre uma interrupção de carga que exceda sua capacidade. À medida que a velocidade e a dinâmica da aplicação aumentam, o controle de motor de passo em malha aberta pode não atender aos requisitos do sistema, o que exige a atualização para um sistema de motor de passo ou servomotor com feedback. Um sistema em malha fechada proporciona perfis de movimento precisos em alta velocidade e controle de posição preciso. Os sistemas servo oferecem torques mais altos do que os motores de passo em altas velocidades e também funcionam melhor em cargas dinâmicas elevadas ou aplicações de movimento complexas. Para movimentos de alto desempenho com baixa ultrapassagem de posição, a inércia da carga refletida deve corresponder o máximo possível à inércia do servomotor. Em algumas aplicações, uma diferença de até 10:1 é suficiente, mas uma correspondência de 1:1 é ideal. A redução de engrenagens é uma boa maneira de resolver o problema da diferença de inércia, pois a inércia da carga refletida é reduzida pelo quadrado da relação de transmissão, mas a inércia da caixa de engrenagens deve ser levada em consideração no cálculo.