Como selecionar um motor de automação industrial?

Existem quatro tipos de cargas de motor de automação industrial:

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

2. Torque variável e potência constante: Um exemplo de aplicações de torque variável e potência constante é a rebobinagem de papel por máquina. 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 precisam de potência e torque variáveis. À medida que a velocidade de um motor industrial aumenta, a saída de carga também aumenta, com a potência e o torque necessários. É nesses tipos de cargas que a discussão sobre eficiência do motor começa, com inversores carregando motores CA usando inversores de frequência (VSDs).

4. Controle de posição ou controle de torque: Aplicações como acionamentos lineares, que exigem movimento preciso em múltiplas posições, exigem controle preciso de posição ou torque e, frequentemente, requerem 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 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 utilizados em aplicações industriais, há uma grande sobreposição de tipos de motores, e o mercado tem pressionado para simplificar a seleção de motores. Isso restringe a escolha prática de motores na maioria das aplicações. Os seis tipos de motores mais comuns, adequados para a grande maioria das aplicações, são motores CC sem escovas e com escovas, motores CA de rotor de gaiola de esquilo e enrolamento, servomotores e motores de passo. Esses tipos de motores são adequados para a grande maioria das aplicações, enquanto outros são usados apenas para aplicações especiais.

Três tipos principais de aplicações de motores industriais

As três principais aplicações dos motores industriais são velocidade constante, velocidade variável e controle de posição (ou torque). Diferentes situações de automação industrial exigem diferentes aplicações e problemas, bem como seus próprios conjuntos de problemas. 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 a uma velocidade mais eficiente. Embora haja uma abundância de informações online sobre como determinar o tamanho de um motor, há muitos fatores que os usuários devem considerar, pois há muitos detalhes a serem considerados. O cálculo da inércia, do torque e da velocidade da carga 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. Mudanças na carga, na velocidade de aceleração ou desaceleração e no ciclo de trabalho da aplicação também devem ser considerados, caso contrário, os motores industriais podem superaquecer. Motores de indução CA são uma escolha popular para aplicações industriais de movimento rotativo. Após a seleção do tipo e do tamanho do motor, os usuários também precisam considerar os fatores ambientais e os tipos de carcaça do motor, como aplicações de estrutura aberta e lavagem de carcaça de aço inoxidável.

Como selecionar um motor industrial

Três problemas principais da seleção de motores industriais

1. Aplicativos de velocidade constante?

Em aplicações de velocidade constante, o motor normalmente opera a uma velocidade similar, com pouca ou nenhuma consideração pelas rampas de aceleração e desaceleração. Esse tipo de aplicação normalmente utiliza controles liga/desliga de linha completa. O circuito de controle geralmente consiste em um fusível de circuito derivado com um contator, uma partida de motor industrial de sobrecarga e um controlador de motor manual ou partida suave. Tanto motores CA quanto CC são adequados para aplicações de velocidade constante. Os motores CC oferecem torque total 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 contraste, as características de alto desempenho de um servo ou motor de passo seriam consideradas excessivas para uma aplicação simples.

2. Aplicativo de velocidade variável?

Aplicações de velocidade variável normalmente exigem velocidades compactas e variações de velocidade, bem como rampas de aceleração e desaceleração definidas. Em aplicações práticas, a redução da velocidade de motores industriais, como ventiladores e bombas centrífugas, geralmente é feita para melhorar a eficiência, adequando o consumo de energia à carga, em vez de operar em velocidade máxima e estrangular ou suprimir a saída. Esses fatores são muito importantes a serem considerados em aplicações de transporte, como linhas de engarrafamento. A combinação de motores CA e inversores de frequência (VFDS) é amplamente utilizada para aumentar a eficiência e funciona bem em uma variedade de 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, há muito tempo, a única opção para motores de velocidade variável, e seus componentes foram desenvolvidos e comprovados. Mesmo agora, os motores CC são populares em aplicações de velocidade variável e potência fracionada e úteis em aplicações de baixa velocidade, pois podem fornecer torque total em baixas velocidades e torque constante em várias velocidades de motores industriais. No entanto, a manutenção dos motores CC é uma questão a ser considerada, pois muitos exigem comutação com escovas e se desgastam devido ao contato com peças móveis. Motores CC sem escovas eliminam esse problema, mas são mais caros inicialmente e a gama de motores industriais disponíveis é menor. O desgaste das escovas não é um problema com motores de indução CA, enquanto inversores de frequência variável (VFDS) oferecem uma opção útil para aplicações que excedem 1 HP, como ventiladores e bombeamento, o que pode aumentar a eficiência. A escolha de um tipo de inversor para acionar um motor industrial pode adicionar alguma percepção de posição. Um encoder pode ser adicionado ao motor, se a aplicação exigir, e um inversor pode ser especificado para usar o feedback do encoder. Como resultado, essa configuração pode fornecer velocidades semelhantes às de um servo.

3. Você precisa de controle de posição?

O controle preciso da posição é obtido pela verificação constante da posição do motor conforme ele se move. Aplicações como posicionamento de acionamentos lineares podem usar motores de passo com ou sem feedback ou servomotores com feedback inerente. O motor de passo se move precisamente para uma posição a uma velocidade moderada e então mantém essa posição. O sistema de passo de malha aberta fornece um controle de posição poderoso 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 além de sua capacidade. À medida que a velocidade e a dinâmica da aplicação aumentam, o controle do motor de passo de malha aberta pode não atender aos requisitos do sistema, o que requer a atualização para um sistema de motor de passo ou servo com feedback. Um sistema de malha fechada fornece perfis de movimento precisos e de alta velocidade e controle de posição preciso. Os servos sistemas fornecem torques mais altos do que os motores de passo em altas velocidades e também funcionam melhor em cargas altamente dinâmicas ou aplicações de movimento complexas. Para movimento de alto desempenho com baixa ultrapassagem de posição, a inércia da carga refletida deve corresponder à inércia do servomotor o máximo possível. Em algumas aplicações, uma incompatibilidade de até 10:1 é suficiente, mas uma incompatibilidade de 1:1 é ideal. A redução de marcha é uma boa maneira de resolver o problema da incompatibilidade 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.