Motory sú srdcom priemyselnej automatizácie, sú kľúčové pri poháňaní strojov, ktoré sú základom výrobných procesov. Ich schopnosť premeniť elektrickú energiu na mechanický pohyb spĺňa potrebu presných a kontrolovaných pohybov v mnohých systémoch.
Konferencie, odborné médiá či investičné oddelenia v podnikoch zacielili v posledných rokoch svoje hľadáčiky na prelomové technológie, ako je internet vecí, rozšírená či virtuálna realita, umelá inteligencia alebo digitálne dvojičky. A pritom „skromný“ motor vykonáva prácu v prvej línii. Na automobilových montážnych linkách zvárajú a lakujú roboty vybavené motorom. Potravinárske služby používajú špeciálne umývacie motory vo vlhkom prostredí pri spracovaní nápojov a ich plnení do fliaš, bez motorov si nemožno predstaviť ani žiaden ventilátor, CNC stroj či dopravníkovú trasu.
V nasledujúcej časti sa pozrieme na to, prečo sú motory také dôležité a aké vlastnosti títo bojovníci z prvej línie majú.
Typy priemyselných motorov
„Motory sú rozhodujúce pre úlohy, kde je kľúčová konzistencia a efektívnosť, ako je montáž, balenie a manipulácia s materiálom. Tiež vidíme, že sa používajú na škálovanie výroby a udržiavanie kvality, ktoré sú nevyhnutné pre konkurenčné priemyselné prostredie,“ vysvetľuje Warren Osak, zakladateľ a generálny riaditeľ spoločnosti Electromate Inc.
Motory delíme na niekoľko typov:
- Jednosmerné motory napájané jednosmerným prúdom sú najvhodnejšie pre aplikácie vyžadujúce nepretržitý a riadený pohyb. Vďaka jednoduchému vyhotoveniu a ovládaniu rýchlosti sú ideálne pre širokú škálu úloh priemyselnej automatizácie.
- Striedavé motory poháňané striedavým prúdom sú známe svojou účinnosťou a spoľahlivosťou. Často sú preferované v aplikáciách s vysokým výkonom a konštantnou rýchlosťou, ako sú čerpadlá, kompresory a dopravníky.
- Servomotory sú systémy s uzavretou slučkou, ktoré využívajú polohovú spätnú väzbu na udržanie požadovanej polohy alebo rýchlosti v reálnom čase. Sú najvhodnejšie pre vysoko presné úlohy, ako je CNC obrábanie, robotika a automatizované kontrolné systémy.
- Krokové motory sa pohybujú v diskrétnych krokoch bez potreby polohovej spätnej väzby, čo umožňuje presné ovládanie polohy a rýchlosti. Sú ideálne pre aplikácie vyžadujúce presné polohovanie a riešenia, ktoré sú jednoduchšie ako pri použití servomotorov, napr. 3D tlač a lekárske zariadenia.
Vzostup bezuhlíkových motorov v priemyselných aplikáciách
Zvýšené používanie bezuhlíkových motorov je poháňané technologickým pokrokom a rastúcim dopytom po efektívnych a spoľahlivých systémoch. Ako už názov napovedá, bezkomutátorové motory nahrádzajú mechanicky poháňané funkcie kefových motorov elektronickým pohonom. Elektronický regulátor vytvára premenlivý prúd, ktorý napája magnetické pole na vytvorenie otáčavého pohybu motora.
Bezuhlíkové jednosmerné motory (BLDC) sa zvyčajne používajú v aplikáciách dronov a dopravníkov, kde je kontrola a účinnosť prvoradá.
Bezuhlíkové striedavé motory (BLAC) sa bežne používajú v systémoch kúrenia, vetrania a klimatizácie a v elektrických vozidlách, kde je najdôležitejšia znížená zložitosť a dlhá životnosť.
Ako správne zvoliť motor?
Výrobné podniky sa snažia maximálne predlžovať bezporuchový chod svojich prevádzok a hľadať riešenia na zvyšovanie efektívnosti procesov. Pri výbere priemyselného motora je dobré zvážiť tieto štyri faktory:
1. Požiadavky na výkon
Pochopenie špecifických požiadaviek na výkon danej aplikácie určuje, ktoré funkcie budú mať prioritu pri výbere motora. „Vysokorýchlostné procesy vyžadujú motory s rýchlou reakciou, presné úlohy vyžadujú vysokú presnosť a náročné aplikácie vyžadujú vysoký krútiaci moment,“ zdôrazňuje W. Osak.
2. Podmienky prostredia
Výber motora budú ovplyvňovať aj také faktory ako teplota, vlhkosť, prítomnosť prachu alebo chemikálií v okolitom prostredí. Pre aplikácie v náročnom priemyselnom prostredí, ako sú zlievarne alebo chemické závody, sú nevyhnutné motory s odolným krytom a odolnosťou voči okolitým podmienkam. Samostatnou kapitolou sú motory do prostredia s potenciálne výbušnou atmosférou.
3. Napájanie a napätie
Zosúladenie požiadaviek na napájanie motora s dostupným napätím je kritické. Nedostatočné napájanie môže viesť k nedostatočnému výkonu alebo poškodeniu, zatiaľ čo príliš veľké napájanie môže znížiť životnosť motora.
4. Náklady
„Rozpočtové obmedzenia ovplyvňujú typ a kvalitu motorov, ktoré môže výrobca použiť,“ hovorí W. Osak. „Zatiaľ čo kvalitnejšie motory môžu mať vyššie počiatočné náklady, môžu ponúknuť dlhodobé úspory vďaka lepšej účinnosti a nižším nákladom na údržbu. Vyváženie počiatočnej investície s dlhodobými výhodami je kľúčové.“
Prechod z jednosmerných na striedavé motory
Mnohé priemyselné procesy prechádzajú výraznou transformáciou a odkláňajú sa od tradičných jednosmerných (DC) motorov smerom k efektívnejším a spoľahlivejším striedavým (AC) motorom. Tento posun nie je len trendom, ale strategickým rozhodnutím na dosiahnutie vyššej prevádzkovej efektívnosti, spoľahlivosti a nákladovej efektívnosti v rôznych aplikáciách.
Ako to funguje?
Striedavé motory, ktoré pracujú na striedavý prúd, pozostávajú z dvoch hlavných komponentov: statora a centrálne umiestneného rotora. Prítomnosť striedavého prúdu generuje rotujúce magnetické pole v statore, ktoré následne indukuje elektrický prúd v rotore a vytvára druhé rotujúce magnetické pole. Výsledkom interakcie medzi týmito dvoma magnetickými poľami je rotácia rotora a samotného motora. Pri výbere striedavého motora pre akúkoľvek aplikáciu treba zvážiť dva kritické faktory: jeho rýchlosť chodu, ktorú možno vypočítať pomocou vzorca (120 x frekvencia v Hz)/(póly motora) a jeho rozbehový moment.
Jednosmerné motory pracujú s jednosmerným prúdom a zahŕňajú vinutie kotvy, známe ako rotor, a stator so stacionárnymi vinutiami. Kľúčovým komponentom jednosmerných motorov je komutátor pripojený ku kotve. Tento komponent je rozhodujúci pre udržanie rotácie kotvy. Keď prúd preteká motorom, generuje magnetické pole v poli statora a okolo vinutia kotvy. Interakcia týchto magnetických polí vytvára elektromagnetickú silu, ktorá spôsobuje otáčanie kotvy. Komutátor tiež hrá kľúčovú úlohu pri zmene smeru toku prúdu do kotvy, čo umožňuje nepretržité otáčanie, pokiaľ systémom preteká prúd.
Rozdiely medzi striedavými a jednosmernými motormi
Tradične mnohé priemyselné odvetvia uprednostňujú jednosmerné motory kvôli ich vysokému rozbehovému momentu a priamej regulácii rýchlosti. Jednosmerné motory však vyžadujú značnú údržbu, najmä pre ich závislosť od komponentov, ako sú kefy a komutátory. Naproti tomu AC motory ponúkajú bezkomutátorovú prevádzku, čo má za následok zvýšenú odolnosť a výrazne nižšie nároky na údržbu. Tento zásadný rozdiel medzi AC a DC motormi je len špičkou ľadovca.
Pri porovnaní striedavých a jednosmerných motorov sa ukazuje niekoľko výhod.
Striedavé motory sa vyznačujú nasledujúcimi vlastnosťami:
- nižšie nároky na štartovací výkon,
- vynikajúca kontrola nad úrovňou štartovacieho prúdu,
- väčšia prispôsobiteľnosť pri plnení rôznych požiadaviek na konfiguráciu a meniacich sa potrieb rýchlosti a krútiaceho momentu,
- väčšia odolnosť a životnosť.
Jednosmerné motory majú svoj vlastný súbor výhod vrátane nasledujúcich:
- jednoduchšie požiadavky na inštaláciu a údržbu,
- vyšší štartovací výkon a krútiaci moment,
- rýchlejší reakčný čas počas štart/stop a zrýchlenia,
- širšia škála možností pri rôznych požiadavkách na napätie.
Znížené nároky na údržbu striedavých motorov
Významnou výhodou striedavých motorov oproti ich jednosmerným náprotivkom sú znížené nároky na údržbu. Zatiaľ čo jednosmerné motory vyžadujú pravidelnú výmenu komponentov, ako sú uhlíkové kefky, striedavé motory tieto požiadavky eliminujú. Tým sa znižujú náklady na údržbu a zvyšuje sa čas prevádzkyschopnosti a celková spoľahlivosť zariadenia.
Lepšia energetická účinnosť striedavých motorov
Striedavé motory sú známe svojou vynikajúcou energetickou účinnosťou, najmä pri použití s frekvenčnými meničmi. Táto účinnosť je primárne pripisovaná ich stále vysokému účinníku pri rôznej prevádzkovej rýchlosti. Na porovnanie, jednosmerné motory vykazujú pri zníženej rýchlosti klesajúci účinník, čo vedie k zvýšenej spotrebe energie.
Nepretržitá prevádzka pri nulovej rýchlosti
Jednou z jedinečných vlastností striedavých motorov je ich schopnosť nepretržite pracovať pri nulových otáčkach pri plnom krútiacom momente. To je v ostrom kontraste s jednosmernými motormi, ktoré, hoci sú schopné generovať plný krútiaci moment pri nulových otáčkach, nedokážu udržať tento výkon dlhšie bez rizika prehriatia a potenciálneho poškodenia. Táto schopnosť striedavých motorov je výhodná najmä v aplikáciách, ktoré vyžadujú presné riadenie pri nízkych alebo nulových otáčkach.
Dlhodobá nákladová efektívnosť prechodu na striedavé motory
Prechod od jednosmerných motorov na striedavé motory v priemyselnom sektore je strategickým krokom, ktorý je v súlade s modernými požiadavkami na účinnosť, spoľahlivosť a udržateľnosť. Zatiaľ čo jednosmerné motory majú svoje aplikácie a výhody, výhody motorov na striedavý prúd – vrátane nižšej potreby údržby, zlepšenej energetickej účinnosti a schopnosti nepretržitej prevádzky pri premenlivej rýchlosti – z nich robia skvelú voľbu pre širokú škálu priemyselných aplikácií. V konečnom dôsledku by sa rozhodnutie o prechode na striedavé motory malo považovať za vypočítanú dlhodobú investíciu. Hoci počiatočné náklady môžu byť vyššie ako pri jednosmerných motoroch, dlhodobé výhody v podobe znížených požiadaviek na údržbu, výrazných úspor energie a zvýšenej spoľahlivosti robia zo striedavých motorov nákladovo efektívnejšie a udržateľnejšie riešenie pre priemyselné prevádzky. Pochopenie plného potenciálu striedavých motorov a ich konkrétneho prínosu pre vaše podnikanie si však bude vyžadovať hlbšie znalosti tejto problematiky. Zverte preto svoj výber motorov do rúk odborníkov, ktorí dokážu poradiť pri správnom výbere riešenia vhodného práve pre vaše potreby.
Literatúra
[1] Sarkar, R.: The Role Of Motors In Industrial Automation, Association for Advanced Manufacturing. [online]. Publikované apríl 2024.
[2] Embracing Efficiency: The Advantages of Switching from DC to AC Motors. A3 Online marketing team. [online]. Publikované december 2023.
-tog-