In dit artikel wordt er uitgelegd hoe er een keuze kan worden gemaakt voor een motor. Dit door te rekenen met koppels, hoeksnelheden en vermogen. Na dit artikel kan je een keuze maken voor een geschrikte motor om je last aan te drijven.
Het maken van een keuze kan in verschillende stappen worden opgedeeld. In twee andere artikelen die gaan over transleren naar de motor as en het berekenen van massatraagheden wordt verdere informatie gegeven.
Dit artikel is opgedeeld in verschillende kopjes die ieder een stap zijn.
Piek-koppel berekenen
Het berekenen van het piekkoppel wordt gedaan door de maximale koppel te vermenigvuldigen met de maximale hoeksnelheid. (Ppiek = Tlast * ωlast)
Hierbij kan Tlast worden vervangen met Jlast * αlast (massatraagheid van de last * de hoekversnelling dat geeft:
Ppiek = Jlast * αlast * ωlast
In dit scenario moet niet alleen de last in beweging komen, maar moet ook de motor in beweging komen. Hierbij wordt in ideale gevallen de massatraagheid van het hele systeem gelijkgesteld aan die van de motor. Dit wordt gedaan om de motor zo goed mogelijk op de last af te stemmen. Als de last snel versneld of afgeremd moet worden, dan kan de motor dit dynamisch aansturen. De verhouding van de massatraagheid van de last delen door de massatraagheid van de motor wordt inertia match genoemd (λ).
Voor de eerste berekening wordt de bovenstaande formule voor Ppiek omgebouwd tot:
Ppiek = 2 * Jlast * αlast * ωlast, want er wordt aangenomen dat de massatraagheid van de motor even zwaar is als de massatraagheid van de last (daarom 2x Jlast).
Hieruit komen een Ppiek dat de last vraagt om aangedreven te kunnen worden. De motor moet dit vermogen kunnen leveren en er moet daarbij rekening worden gehouden met de rendementen van de overbrengingen. Nu het vermogen dat de last vraagt bekend is kan er een motor worden gekozen met een bepaald vermogen.
Overbrenging kiezen
Het komt zelden voor dat er een ideale situatie voorkomt waarin inertia match (λ) precies 1 is. Een verhouding van 1 is wel een streven, want in die situatie gaat er even veel vermogen op in de motor als de last. In de praktijd wordt er vaak tussen de 1 en 3 tot 1 en 7 gewerkt.
Bij het uitwerken van een aandrijflijn is er een richting bekend waarin de inertia match mag zitten, in dit geval is het van 1 tot 2 [-]. De Jlast = 7*10-5 [kgm2] en Jmotor 5*10-7 [kgm2]. Er zijn overbrengingen te vinden met de verhouding: i = 8 [-], i = 10 [-] en i = 12 [-].
De formule is: λ = Jlast /(Jmotor * i2). –> i = √( Jlast /(Jmotor*λ))
Bij λ = 1, i = 11.832… [-]
Bij λ = 2, i = 8.366… [-]
In deze casus kan het beste worden gekozen voor i = 12 [-]. Dit betekend wel dat er meer energie in de motor gaat zitten dan in de last. Voordeel is wel dat bij een grotere overbrengingsverhouding er meer koppel geleverd kan worden.
Koppel van de motor berekenen
Voor het berekenen van de koppel die de motor moet opwekken kan de volgende formule worden gebruikt:
Tmotor = (Jmotor + Jlast/itotaal2)*αmotor + Twrijving/itotaal2 (als bewegingsprofiel van de motorbekend is)
Of
Tmotor = (Jmotor + Jlast/itotaal2)*αlast* itotaal+ Twrijving/itotaal2 (als bewegingsprofiel van de last bekend is)
Hierbij moet een check worden uitgevoerd of het koppel wat de motor moet leveren op de maximale belasting momenten kleiner is dan de koppel die de motor nominaal kan opwekken (Tmotor < Tnominaal).
Op moment dat (Tmotor < Tnominaal) op de maximale belasting momenten van toepassing is dan kan er naar de volgende stap worden gegaan. Zo niet dan moet het RMS koppel worden berekend.
Hoeksnelheid motor berekenen
In het artikel dat over DC-motoren gaat is er een berekening gedaan en meer info te vinden. Bij koppel dat de motor genereerd wordt ook een bepaalde hoeksnelheid geleverd. De hoeksnelheid die de motor moet leveren kan worden berekend aan de hand van het bewegingsprofiel van de last.
De formule: ωmotor = ωlast * itotaal2
Net zoals bij het controleren van het koppel wordt ook bij de hoeksnelheid gekeken of de nominale hoeksnelheid niet wordt overschreden.
Wat te doen als de motor de koppel of hoeksnelheid niet kan leveren?
Het kan voorkomen dat de motor de koppel en/of de hoeksnelheid niet kan leveren die de last vraagt.
De eerste optie die geprobeerd moet worden is om een andere overbrenging te proberen. Hierbij veranderd wel de inertia match, maar vaak is een verandering daarin mogelijk wanneer de eerste optie gericht is op een waarde van λ is 1 krijgen.
Een tweede optie is een andere motor vinden die de last aan kan drijven. Meestal is dit een motor met een hoger vermogen, omdat er dan meer koppel en hoeksnelheid geleverd kan worden aan de last.
Let wel goed op dat een motor met een hoger vermogen kiezen invloed kan hebben op de aansluiting op het energie net. Daarnaast is een zwaardere motor ook vaak duurder en qua energie kosten ook niet vaak efficiënter.
Driver selecteren
In het artikel dat over DC-motoren gaat is een hele uitwerking gemaakt van hoe de stroom en de spanning die de motor vraagt uitgewerkt. Deze motor moet worden aangesloten op het elektriciteitsnet worden aangesloten om de motor te voorzien van energie.
Hierbij is het belangrijk dat er wordt gekeken naar hoeveel vermogen de driver aan de motor kan leveren.
Daarnaast moet ook de spanning en stroom die de motor nodig heeft geleverd moeten worden.
Vaak staat er in de datasheet een nominale stroom (continuous current) en een maximale output stroom.
Het kan voorkomen dat de last in een bepaald tijdsinterval veel koppel vraagt, dan kan het aantrekkelijk zijn om een kleinere driver te nemen die een paar seconde de max stroom aan kan in plaats een driver die maximale stroom continu aan kan.
Kleinere drivers zijn net zoals kleinere motoren over het algemeen goedkoper dan een grotere variant. Op moment dat de motor met een kleinere driver uit de voeten kan, maar die enkele seconde wordt overbelast dan kan dat bij sommige drivers. Kijk goed uit dat deze overbelasting niet te groot wordt en de driver te warm wordt. Door een ongeregelde overbelasting kan de driver kapot gaan met alle gevolgen van dien.
Geen reacties