Servomootorite ja asünkroonmootorite võrdlus
Mootori rike on harva vaid mootori rike. Konveieril, pumbal, pakkimismasinal või CNC-teljel mõjutab asendusmootori valik juhtimissüsteemidega ühilduvust, tsükliaega, protsessi kvaliteeti, varuosade strateegiat ja seda, kui kiiresti saab tootmisliini uuesti käivitada. Servomootorite ja asünkroonmootorite praktiline erinevus taandub ühele küsimusele: kas rakendus vajab juhitud liikumist või töökindlat pöörlevat jõudu?
Mõlemat tüüpi mootoreid kasutatakse tööstuses laialdaselt ning kumbki pole automaatselt parem valik. Tavaline asünkroonmootor võib ventilaatori või pumba rakenduses aastaid soodsalt töötada. Servomootor suudab paigutada robotkäe, indekseerimislaua või lõikepea korratava täpsusega, mida ainult asünkroonmootoriga saavutada ei saa. Õige tehnoloogia valimine algab masina tööülesandest ning seejärel tuleb arvestada ajami, tagasiside, mehaanika ja saadaolevate varuosadega.
Servomootorid ja asünkroonmootorid: peamised erinevused
Asünkroonmootor, mida nimetatakse sageli ka induktsioonmootoriks, tekitab pöörlemise, indutseerides rootoris voolu staatori tekitatud magnetvälja abil. Tavapärasel kujul töötab see kiirusel, mis sõltub võrgusagedusest ja mootori pooluste arvust. Selle ehitus on mehaaniliselt lihtne, see on laialdaselt saadaval ning sobib hästi pideva koormusega tööks.
Servomootor on osa liikumisjuhtimissüsteemist, mitte eraldiseisev jõuseade. Mootor töötab koos servovõimendi ja tagasisideseadmega, milleks on tavaliselt enkooder või resolver. Servovõimendi võrdleb pidevalt etteantud asendit, kiirust või pöördemomenti mootori tegeliku tagasisidega ning korrigeerib vajaduse korral väljundit. See suletud ahelaga juhtimine on peamine põhjus, miks servosüsteemid saavad suurepäraselt hakkama koordineeritud ja ülitäpse liikumisega.
Võrdlus pole alati nii lihtne kui täpsus versus lihtsus. Sagedusmuundur ehk VFD võimaldab asünkroonmootori kiirust tõhusalt juhtida ning sellele saab parema tagasiside saamiseks lisada enkoodri. Paljudes rakendustes sellest kombinatsioonist piisab. Tavaliselt ei suuda see siiski korralikult valitud servosüsteemiga sammu pidada kiirete asendimuutuste, väikese kiiruse juures pöördemomendi juhtimise, dünaamilise reageerimise ega telgede sünkroonimise poolest.
Mille poolest servomootorid oma hinda väärt on
Servomootoreid kasutatakse siis, kui liikumine peab olema korratav, kiire reageerimisega ja mõõdetav. Levinud näited on haaramis- ja paigutusseadmed, robotrakud, pakkimismasinad, CNC-masinad, elektroonika koosteseadmed, märgistusseadmed ja sünkroniseeritud töötlemisliinid.
Tagasisideahel võimaldab servosüsteemil hoida kästud asendit, kiiresti kiirendada, täpselt aeglustada ja reageerida muutuvatele koormustingimustele. Servo suudab tekitada ka suurt pöördemomenti laias kiirusvahemikus. See on oluline, kui telg peab koormat kiiresti liigutama, peatuma kitsa tolerantsi piires ja kordama seda tsüklit tuhandeid kordi vahetuse jooksul.
Hooldus- ja insenerimeeskondade jaoks on oluline mõista, et servomootori asendamine on kogu süsteemi hõlmav otsus. Mootori raam võib füüsiliselt sobida, kuid ühilduvus võib siiski puududa kodeerija protokolli, pistiku tüübi, piduri pinge, mähise spetsifikatsioonide, võlli konstruktsiooni, tagasiside eraldusvõime või servoajami parameetrite tõttu. Algse tootja ja täpse osa numbri järgi sobiva mootori leidmine on sageli väikseima riskiga lahendus, eriti vanemate automaatikaseadmete puhul.
Servosüsteemidel on ka kompromisse. Need maksavad rohkem kui lihtsad asünkroonmootorisüsteemid, vajavad ühilduvaid elektroonilisi ajameid ja võivad olla tundlikumad valede seadistuste või kaablikahjustuste suhtes. Tagasisideahela rikked, kodeerija saastumine, vale maandus ja ajami häälestusvead võivad kõik põhjustada liikumisprobleeme, mis näivad mootoririketena. Servomootori väljavahetamine ajamit, tagasisidekaablit, mehaanilist koormust ja parameetrite varukoopiat kontrollimata võib seisakut pikendada, mitte probleemi lahendada.
Millal jäävad asünkroonmootorid praktiliseks valikuks
Asünkroonmootorid on tööstusseadmete pöörlevate osade tööhobused. Neid kasutatakse sageli pumpades, puhurites, kompressorites, konveierites, segistites, purustites, jahutustornides ja materjalikäitlusseadmetes. Rakendustes, kus on vaja pidevat pöörlemist, mitte täpset positsioneerimist, on nende hinna, vastupidavuse ja hooldatavuse kombinatsiooni raske ületada.
Fikseeritud kiirusega asünkroonmootor sobib sageli hästi, kui koormus töötab ühel töörežiimil ja protsessi nõuded on stabiilsed. Kui kiirust on vaja reguleerida, saab VFD vähendada energiakulu, parandada protsessi juhtimist ning muuta käivitamise ja seiskamise sujuvamaks. Ventilaatorid ja tsentrifugaalpumbad sobivad VFD kasutamiseks eriti hästi, sest kiiruse vähendamine võib energiatarbimist märkimisväärselt vähendada.
Asünkroonmootoreid on lihtsam hankida paljudes võimsustes, pingetes, raamisuurustes ja korpusetüüpides. Asendusmootor peab siiski rakendusega sobima. Ainult võimsusest ei piisa. Enne tellimist kontrolli pinget, faaside arvu, sagedust, nimivoolu täiskoormusel, baaskiirust, töötegurit, raami, kinnitusviisi, võlli mõõtmeid, korpuse kaitseastet ja töörežiimi.
VFD-ga juhitav asünkroonmootor vajab lisatähelepanu. Tavamootor võib madalal kiirusel üle kuumeneda, sest võllile paigaldatud jahutusventilaator pöörleb aeglasemalt. Pikad mootorikaablid võivad tekitada pingepiike, mis koormavad mähiste isolatsiooni. Nõudlikes muutuva kiirusega rakendustes võib vaja minna invertertoitega kasutamiseks mõeldud mootorit, välist jahutust, väljundfiltrit või laagrite kaitsemeetmeid.
Võrdle jõudlust selle järgi, mida masin peab tegema
Positsioneerimine on kõige selgem eristav tegur. Kui masin peab liikuma täpsesse asukohta, säilitama registreeringu, siduma ühe telje elektrooniliselt teisega või korrigeerima positsiooni igas töötsüklis, on üldjuhul õige lahendus servojuhtimine. VFD-ga asünkroonmootor on mõeldud eelkõige kiiruse reguleerimiseks, mitte suure täpsusega positsioneerimiseks.
Järgmisena tuleb arvestada kiirusvahemiku ja reageerimisvõimega. Servomootorid saavad töötada tõhusalt laias kiirusvahemikus ja reageerivad kiiresti käsumuudatustele. Asünkroonmootorid sobivad hästi ühtlase kiirusega ja mõõduka muutuva kiirusega tööks, kuid nende reageerimine sõltub mootorist, VFD juhtimisviisist, koormuse inertsimomendist ja tagasiside lahendusest.
Pöördemomendi nõudeid tuleb hinnata kogu töötsükli ulatuses, mitte ainult nimipöörlemiskiirusel. Näiteks koormatud konveieri käivitamiseks võib vaja minna suurt käivitusmomenti. Servoajamiga telg võib vajada lühikestel kiirendusperioodidel tippmomenti, kuid pärast seda vaid mõõdukat pidevmomenti. Mõlemat tüüpi mootori üledimensioneerimine võib suurendada kulusid ja varjata mehaanilisi probleeme; aladimensioneerimine võib põhjustada ülekuumenemist, ajami väljalülitumist ja komponentide lühemat tööiga.
Otsust mõjutavad ka keskkonnatingimused. Pesualad, tolmused tootmisruumid, välispaigaldised, kõrge õhutemperatuur ja plahvatusohtlikud kohad nõuavad õiget korpust ja kaitseastet. Elektriliselt sobiv mootor, mille kaitseaste ei vasta keskkonnale, võib põhjustada korduva rikke.
Olemasolevate seadmete asendamise kavandamine
Kui töötaval masinal tekib mootoririke, tehke enne asenduste kaalumist kindlaks, kas algne lahendus põhineb avatud ahelaga toitel, VFD kiiruse reguleerimisel või suletud ahelaga servojuhtimisel. Asünkroonmootorit ei saa lihtsalt servomootori asemele paigaldada, kui masina juhtseade ootab enkoodri tagasisidet ja telje täpset liikumist. Samuti võib asünkroonrakenduse üleviimine servojuhtimisele nõuda uut ajamit, liikumisjuhtseadet, kaabeldust, programmeerimist ja mehaanilist ümbertegemist.
Asünkroonmootori asendamisel märkige üles andmesildil olev teave ja kontrollige füüsilisi üksikasju, mis kiire ostu käigus sageli tähelepanuta jäävad: kinnitusjalad või äärik, raami suurus, võlli läbimõõt ja pikkus, kiilusoone mõõtmed, pöörlemisnõuded, piduri konfiguratsioon ja klemmikarbi suund. Servomootori puhul dokumenteerige kõik nähtavad sildid mootoril ja enkooderil, samuti ajami osa number, kaablite osa numbrid, piduri üksikasjad, võlli tüüp ja kõik reduktori ühenduslahendused.
Kasutatud, ülejäägi- ja tootmisest kõrvaldatud seadmete varud võivad olla praktiline valik, kui OEM-mootori tootmine on lõpetatud või tarneajad on vastuvõetamatult pikad. Oluline on toote seisukord ja päritolu. Ostjad peaksid otsima selget osaidentifitseeringut, ülevaatuse teavet, garantiid ning tarnijat, kes mõistab vahet sarnase välimusega mootori ja ühilduva asendustoote vahel. Used Industrial Parts aitab selliseid hooldusvajadusi katta uute, kasutatud ja tootmisest kõrvaldatud tööstustoodetega, millel on 12-kuuline garantii.
Parem viis valiku tegemiseks
Alustage rakendusest, mitte mootorist, mis parasjagu riiulil seisab. Mõne küsimusega saab tavaliselt valikuid kiiresti kitsendada:
- Kas masin vajab positsioneerimist, registreerimist, sünkroonimist või korratavat sammjuhtimist?
- Kas koormus on pidev, muutuv, suure inertsimomendiga või allub sagedastele käivitustele ja seiskamistele?
- Kas kiiruse reguleerimine on vajalik protsessi toimivuse parandamiseks, energia säästmiseks või mõlemaks?
- Millised ajami, tagasiside, juhtseadme ja mehaanilised liidesed peavad ühilduma?
- Kas tähtsaim on võimalikult madal algkulu, väikseim kogukulu kasutusaja jooksul või olemasoleva masina kiireim töökorda saamine?
