Jak dobrać silnik elektryczny do zastosowań przemysłowych

silniki elektryczne, silniki krokowe, silniki prądu stałego, © SEW-Eurodrive

Udostępnij:

Wielka dostępność silników elektrycznych na rynku sprawia, że wybór najbardziej optymalnego napędu do konkretnych aplikacji przemysłowych powinien być dogłębnie przemyślany. Należy też odpowiedzieć sobie na kilka pytań, dotyczących m.in. jego zastosowania, wymagań mechanicznych, warunków, w jakich przyjdzie mu pracować, a także specjalnych i najczęściej specyficznych wymagań, z jakimi należy się liczyć podczas jego eksploatacji.

Silniki elektryczne, których głównym zadaniem jest zamiana energii elektrycznej w energię mechaniczną, są powszechnie stosowane w większości gałęzi przemysłowych, podobnie jak np. w komunikacji czy gospodarstwach domowych. Szacuje się, że nawet 2/3 energii elektrycznej zużywanej przez światowy przemysł wykorzystywane jest do napędzania silników elektrycznych. Dlatego właściwy dobór jednostki napędowej powinien odgrywać ważną rolę w każdym przedsiębiorstwie – z jednej strony pozwoliłoby to ograniczyć koszty działalności operacyjnej, a z drugiej przyczyniłoby się również do redukcji emisji CO2.


Silnik dobrany na miarę
Właściwy dobór silnika – bez względu na to, czy mówimy o małych, czy bardzo dużych jednostkach o sporej mocy – z pewnością przełoży się na jego sprawność (stosunek mocy mechanicznej do pobranej mocy elektrycznej), która decyduje o kosztach eksploatacyjnych silnika. Szacuje się bowiem, że to właśnie koszt energii elektrycznej jest największą składową kosztów użytkowania silnika elektrycznego (nawet ponad 90% łącznych kosztów), a ten jest wprost uzależniony do wspomnianej sprawności urządzenia.

Poza mniejszymi nakładami na utrzymanie optymalnie dobrana jednostka napędowa pozwoli również wydłużyć okres jej eksploatacji, zmniejszyć ryzyko awarii urządzeń, do napędzania których wykorzystywany jest dany silnik elektryczny, a także zredukować wydatki serwisowe.

Ważne dla wyboru optymalnego silnika jest także określenie obciążenia, z jakim będzie on pracował przez większość swojego czasu (najlepiej, gdyby oscylowało ono w granicach od 90 do 95% maksymalnej mocy). Jeżeli wybralibyśmy silnik zbyt mocny, który będzie pracował poniżej tych wartości, wówczas niepotrzebnie zawyżylibyśmy koszt takiego urządzenia, jak i całego układu (do mocniejszego silnika może być niezbędne użycie odpowiednich przewodów czy bezpieczników).

Użycie mocniejszej niż zalecana jednostki napędowej nadal będzie też skutkować sporym poborem mocy, nawet jeśli będzie ona pracować z małym obciążeniem. Bardziej niebezpieczne może być użycie silnika o zbyt małej mocy, który przez większość czasu będzie pracował z nadmiernym obciążeniem. W takiej sytuacji może dochodzić do wydzielania się dużych ilości ciepła, co w konsekwencji może doprowadzić do uszkodzenia samego silnika, nawet jeśli ma on zabezpieczenie w postaci automatycznego wyłączania się, gdy pobór energii jest zbyt duży.

Określenie wymaganego obciążenia pracy silnika elektrycznego to ważny, jednak nie jedyny parametr, który powinniśmy zdefiniować w momencie wyboru konkretnego urządzenia. Dla poprawnej pracy układu napędowego należy także znać moment oraz prędkość obrotową, czy np. współczynnik tarcia, a także możliwe zmiany np. w obciążeniu i prędkości obrotowej. Warto wiedzieć również, w jakich warunkach środowiskowych przyjdzie pracować silnikowi, co nabiera szczególnego znaczenia w miejscach o dużym zabrudzeniu.


TOP w kategorii




Zmienna czy stała prędkość obrotowa
W praktyce w zastosowaniach przemysłowych możemy znaleźć urządzenia, które wymagają albo stałej, albo zmiennej prędkości obrotowej. W pierwszym przypadku silnik pracuje w określonym zakresie obrotów, a wartości przyspieszenia bądź zwolnienia są nieistotne. Do takich zastosowań można wykorzystać zarówno silniki prądu stałego, jak i przemiennego. Raczej niepotrzebnym wydatkiem byłoby postawienie na silnik krokowy.

Gdy niezbędne jest uzyskanie zmiennej prędkości obrotowej (np. w różnego rodzaju wentylatorach albo pompach), również w grę wchodzą silniki prądu stałego bądź zmiennego, jednak w tym przypadku niezbędne może być zastosowanie odpowiedniej przekładni oraz użycie właściwie dobranego sterownika napędu.

Zróżnicowane zastosowania
Tak naprawdę to określone sytuacje i konkretne urządzenia decydują o tym, jaki rodzaj silnika elektrycznego będzie optymalny. Generalnie silniki elektryczne można podzielić na dwie główne grupy, tj. silniki prądu stałego (DC) oraz prądu przemiennego (AC).

Schodząc o jeden poziom niżej, można wyróżnić kilka grup silników najczęściej wykorzystywanych w aplikacjach przemysłowych. Mamy tu więc silniki prądu stałego (szczotkowe i bezszczotkowe), silniki indukcyjne prądu przemiennego (synchroniczne, asynchroniczne), silniki krokowe, serwomotory czy np. silniki reluktacyjne. Te typy jednostek napędowych pokrywają niemal w całości potrzeby przemysłu. Pozostałe rozwiązania wykorzystywane bywają jedynie w urządzeniach specjalistycznych i każdorazowo wymagać będą indywidualnego podejścia do konstrukcji silnika.

Silniki prądu stałego typu szeregowego wykorzystywane są najczęściej do napędzania dźwigów oraz wentylatorów, w pojazdach trakcyjnych (lokomotywy, tramwaje, trolejbusy), a także pojazdach (np. wózkach akumulatorowych). Z kolei silniki typu bocznikowego stosowane są głównie w pompach, dmuchawach, kompresorach, a także obrabiarkach. I wreszcie istnieje hybryda powyższych dwóch rozwiązań (silnik szeregowo-boczny), którą znajdziemy np. w walcarkach, prasach czy dźwigach.

Czytaj też: Silniki krokowe - trendy

Natomiast bezszczotkowe silniki elektryczne wykorzystywane są m.in. w pojazdach elektrycznych i urządzeniach, w których mogą wystąpić iskry. Silniki asynchroniczne (indukcyjne) prądu przemiennego występują obecnie najczęściej w pojazdach z napędem elektrycznym, a także w aplikacjach o mniejszym skomplikowaniu technologicznym (pompy, windy, przenośniki). Silniki synchroniczne częściej natomiast wykorzystywane są do zadań specjalnych, np. jako komponenty manipulatorów lub efektorów maszyn.

Silniki krokowe zaś są używane w urządzeniach, które wymagają precyzyjnego sterowania ruchem, np. w robotyce, szeroko pojętej automatyce, drukarkach, napędach CD/DVD oraz samochodach (generują obroty na biegu jałowym).

W rozwiązaniach z zakresu automatyki przemysłowej najczęściej użytkowane są silniki o mocy od kilku do kilkudziesięciu kilowatów, rzadko o większych osiągach. Coraz bardziej rygorystyczne normy wprowadzane w krajach unijnych, a dotyczące wykorzystania energii elektrycznej, wymuszają na przedsiębiorstwach stosowanie silników o wysokim poziomie sprawności, a także dających możliwość odzysku energii.

Udostępnij:

Drukuj





Wojciech Traczyk



Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również