Technika napędowa

Dobierając napęd do konkretnej aplikacji, należy wziąć pod uwagę parametry mechaniczne danego układu – określić kinematykę i zakładane parametry ruchowe, odpowiednio dobrać połączenia mechaniczne. Należy zadbać o odpowiednią kontrolę pozycji, w przypadku zautomatyzowanych linii realizujących z góry zaplanowane sekwencje ruchowe wystarczające mogą okazać się czujniki pozycji, z kolei w przypadku bardziej zaawansowanych układów, np. maszyn CNC, niezbędne okażą się enkodery w wersji inkrementalnej lub absolutnej. Ważnym aspektem jest odpowiedni poziom bezpieczeństwa urządzeń napędowych. Dobierając napęd, należy zwrócić uwagę na aspekty związane z diagnostyką i konserwacją – złożoność urządzeń, koszty eksploatacji, możliwości diagnostyczne oraz predykcji pod kątem awaryjności. Ważny aspekt stanowią obsługiwane interfejsy komunikacyjne, które mogą znacząco ułatwić proces wdrażania napędów do danego systemu automatyki. Warto przeanalizować oferty napędów posiadających cechy szczególne, tj. zintegrowanie z silnikiem, wieloosiowość, kompaktowość czy odzysk energii. Być może któreś z takich rozwiązań okaże się korzystniejsze dla danej aplikacji pod względem ekonomicznym lub wydajnościowym.

Przemienniki częstotliwości

W prostych aplikacjach najpowszechniejszym sposobem sterowania silnikiem jest użycie przemiennika częstotliwości. Komponent ten dostosowuje prędkość silnika elektrycznego do aktualnego zapotrzebowania wynikającego z przebiegu danego procesu produkcyjnego. Redukcja prędkości wpływa bezpośrednio na zmniejszenie zużycia energii elektrycznej. Tym samym generowane są oszczędności, co przy rosnących cenach energii elektrycznej, jest niezwykle pożądane. Argumentem przemawiającym za stosowaniem przemienników częstotliwości jest również wdrażanie nowych wymagań prawnych dotyczących ilości zużywanej energii. Ponadto redukcja zużycia energii zmniejsza pozostawiany ślad węglowy, co jest zgodne z obecnymi oczekiwaniami społecznymi.

Przemienniki częstotliwości kształtują przebieg prądu zasilającego silnik w taki sposób, aby uzyskać optymalne dla danej chwili parametry – prąd zasilający o stałej częstotliwości jest prostowany i filtrowany, zamieniany na prąd przemienny, którego częstotliwość jest regulowana. Stosowanie przemienników częstotliwości ma tym większy sens, im czas pracy silników przy nominalnej częstotliwości sieci jest mniejszy. Jeżeli silnik pracuje najczęściej przy maksymalnej prędkości obrotowej, przemienniki nie przyniosą oszczędności energii, bo sam przemiennik również pobiera energię. Warto jednak rozważyć użycie w systemie automatyki urządzenia z funkcją tzw. „bypassu”, która umożliwia pominięcie prostownika oraz falownika i zasilanie silnika bezpośrednio z sieci zawsze, gdy nie ma potrzeby regulowania częstotliwości.

Projektant systemu automatyki staje przed zadaniem doboru odpowiedniego dla danej aplikacji przemiennika częstotliwości. Tych na rynku nie brakuje, wielu producentów i dystrybutorów oferuje różnorodne serie produktowe urządzeń. Kluczowym parametrem warunkującym dobór odpowiedniego modelu jest prąd znamionowy silnika, czyli wartość prądu potrzebna do pracy ze znamionową prędkością obrotową i znamionowym obciążeniem. Kolejnym istotnym parametrem jest wymagane napięcie zasilania silnika. Warto również zwrócić uwagę na liczbę wejść i wyjść, ich rodzaj i funkcjonalność, co ma kluczowe znaczenie, gdy projektant przewidział możliwość kontrolowania pracy przemiennika za pomocą sterownika PLC, komputera lub dedykowanych przycisków. Alternatywnie można skorzystać z wejść komunikacyjnych, warto zapoznać się z obsługiwanymi przez urządzenie protokołami komunikacyjnymi. Należy również sprawdzić, czy przemiennik realizuje funkcje bezpieczeństwa, ponieważ niektóre aplikacje wymagają ich obecności. Konieczne jest zwrócenie uwagi na warunki środowiskowe, w których będzie pracował przemiennik, stopień ochrony oraz wymiary urządzenia.

Przemienniki częstotliwości mogą być sterowane z użyciem metody skalarnej lub wektorowej. Pierwsza z nich jest wykorzystywana do napędzania wentylatorów, dmuchaw, pomp, sprężarek, taśmociągów, wszędzie, gdzie moment, czyli siła wytwarzana na wale silnika, jest zmienny. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wzrasta siła na wale silnika. Z kolei metoda wektorowa jest dedykowana dla aplikacji stałomomentowych, gdzie moment nie zmienia się w czasie, np. w mieszalnikach, podnośnikach, nawijarkach, kruszarkach i młynach. Przemiennik sterowany metodą wektorową może działać w trybie bezczujnikowym lub być wspomagany informacją zwrotną. Dobierając model przemiennika, należy zwrócić uwagę na obsługiwaną metodę sterowania i odpowiednio dobrać ją do konkretnej aplikacji. Na rynku są też dostępne urządzenia uniwersalne z możliwością konfiguracji metody sterowania.

Producenci przemienników częstotliwości dostarczają swoim klientom oprogramowania dedykowane do parametryzowania oraz diagnozowania tych urządzeń. Umożliwiają sprawną zmianę wartości parametrów, obsługę ewentualnych błędów oraz sprawdzanie bieżących parametrów pracy. Przykładowe to: InverterP (dla przemienników oferowanych przez firmę Elmatic), VLC Moition ControlTool (Danfoss), DriveConfig (ABB), AstraadaDRV CFG (Astor), EuraDV (HF Inverter). Każde oprogramowanie jest dedykowane dla wszystkich serii przemienników częstotliwości danego producenta. Zależnie od modelu, połączenie pomiędzy komputerem, na którym znajduje się oprogramowanie, a przemiennikiem częstotliwości jest realizowane przewodowo z użyciem portów szeregowych, przewodów USB lub komunikacji opartej na Ethernecie.

Oczywiście parametry można również monitorować i konfigurować z użyciem przycisków znajdujących się bezpośrednio na przemiennikach. Jest to jednak rozwiązanie rzadko używane ze względu na zdecydowanie mniejszą ergonomię – każdy parametr należy ustawiać i zatwierdzać z osobna, liczba przycisków funkcyjnych jest niewielka, a więc przechodzenie między parametrami i każda zmiana wartości generuje konieczność dużej liczby kliknięć, zdecydowanie żmudniejsze jest sprawdzanie poprawności wprowadzania danych, jednocześnie można kontrolować tylko jeden parametr, istnieje konieczność korzystania z dokumentacji w formie papierowej lub elektronicznej. Wyższość oprogramowania w konfigurowaniu, diagnostyce i serwisowaniu jest więc oczywista – możliwość jednoczesnego wprowadzania, weryfikowania i zatwierdzania większej liczby parametrów, możliwość monitorowanie kliku lub kilkunastu parametrów jednocześnie, dostępność opisów eliminująca konieczność posiadania dokumentacji produktu to gwarancja oszczędności czasu oraz redukcja możliwości popełnienia błędu.

Porównania wybranych przemienników częstotliwości dostępnych na rynku dokonano w formie tabelarycznej zestawiając kluczowe parametry serii urządzeń różnych producentów i dystrybutorów.

Łagodny rozruch

Jednym z kluczowych parametrów wpływających na efektywność produkcji jest czas niezawodnej pracy danego systemu. Częste rozruchy silników zdecydowanie nie wpływają korzystnie na wskazany parametr. Można jednak wydłużyć żywotność silników i przekładni dzięki zastosowaniu urządzeń łagodnego rozruchu, czyli softstarterów. Znajdują one zastosowanie np. na podajnikach i taśmociągach, w przypadku pomp, wentylatorów oraz sprężarek. Regulacja i optymalizacja prądu startowego chroni silnik przed przeciążeniami elektrycznymi, znacząco zwiększając jego żywotność. Softstartery ograniczają szarpnięcia, co w przypadku rozruchów bezpośrednich taśmociągów i podajników może stanowić problem polegający na niekontrolowanym przemieszczaniu i uszkadzaniu produktów. Częste przełączanie styczników elektromechanicznych stosowanych w tradycyjnych układach powoduje ich zużywanie i konieczność wymiany w stosunkowo niewielkich odstępach czasowych, elementy energoelektroniczne softstarterów problem ten eliminują. Softstartery w przeciwieństwie do przemienników częstotliwości nie zapewniają zmiennej prędkości obrotowej.

Firma ABB ma w swojej ofercie różne serie softstarterów – kompaktową PSR, wydajną PSE oraz zaawansowaną PSTX. Ostatnia z nich oferuje urządzenia o znamionowym prądzie roboczym 30–1250 A, z wbudowanym stycznikiem obejściowym aktywowanym po rozruchu tzw. ”bypassem”, obsługujące główne protokoły komunikacyjne. Softstartery PSTX kompleksowo chronią silnik i gwarantują prawidłową pracę w przypadku odbiegających od norm parametrów sieci i obciążenia, oferują między innymi zabezpieczenia ziemnozwarciowe, przed przeciążeniem i niedociążeniem.

Przykładowe serie kompaktowych softstarterów przeznaczone do łagodnego rozruchu silników o mocy do 110 kW VLT Compact Starter MCD 201 i MCD 202 można znaleźć w ofercie firmy Danfoss. Wspomniane urządzenia mogą pracować w sieci EtherNet/IP.

Wśród softstarterów znajdujących się w ofercie firmy Rockwell Automation można wyróżnić serię niskonapięciowych urządzeń SMC-3, pracujących w zakresie 3–480 A. Mają pięć trybów start/stop i zapewniają wbudowaną elektroniczną ochronę silnika przed przeciążeniem.

Również w ofercie firmy Schneider Electric można znaleźć serie produktowe softstarterów o różnych mocach: Altistart 01 do prostych aplikacji (0,37–15 kW), Altistart 22 dedykowany do obsługi pomp i wentylatorów
(4–400 kW) i Altivar ATS480 do procesów (3–900 kW). W ostatniej z nich szczególnie zwrócono uwagę na kwestie związane z cyberbezpieczeństwem przez zarządzalność kontem użytkownika, ograniczenie i wyłączenie zbędnych funkcji i usług, bezpieczne aktualizowanie oprogramowania sprzętowego.

Serwonapędy

Do złożonych układów sterowania należy zastosować serwonapędy, które pracują w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego i składają się z trzech głównych elementów: serwosterowników, serwosilników oraz enkoderów kontrolujących pozycję. Znajdują zastosowanie w aplikacjach wymagających precyzji w przemieszczaniu oraz wysokiej dynamiki ruchu. Sterownik ma za zadanie tak wydać komendy, aby silnik przemieścił się dokładnie o zadany kąt, uwzględniając bieżące pomiary dokonywane za pomocą enkodera.

Serwowzmacniacze mogą pracować w jednym z trzech trybów: pozycyjnym, prędkościowym lub momentowym. W pierwszym z nich zadawane są kolejne pozycje, do których silnik ma pojechać. Jest to użyteczne w aplikacjach, w których trajektoria ruchu jest stała, znana i powtarzalna. W przypadku aplikacji, w których prędkość jest na bieżąco regulowana, a jej zmiana nie wymaga zatrzymania serwosilnika, użyteczny jest tryb prędkościowy sterowania. Ostatni z trybów – momentowy – wykorzystuje w procesie sterowania wartość momentu obrotowego.

Wybierając konkretny model serwonapędu należy zwrócić szczególną uwagę na wartość momentu bezwładności, który będzie musiał pokonać silnik. Parametryzacji oraz diagnostyki serwosterowników, podobnie jak w przypadku przemienników częstotliwości, można dokonać za pomocą dedykowanego oprogramowania dostarczanego przez producenta. Opisy i pogrupowanie parametrów zwiększają czytelność oraz ergonomię danego oprogramowania.

Porównania wybranych serwonapędów dostępnych na rynku dokonano w formie tabelarycznej zestawiając kluczowe parametry serii urządzeń różnych producentów i dystrybutorów.

Cechy szczególne

Wśród różnorodnej oferty napędów można znaleźć urządzenia, które mają cechy szczególne.

Napędy zintegrowane zapewniają redukcję kosztów montażu, podłączania i serwisowania ze względu na redukcję okablowania. Mogą jednak wymagać wymiany całego napędu w przypadku usterki którejkolwiek części składowej komponentu. Całość zajmuje mniej miejsca, a ryzyko nieprawidłowego dopasowania silnika do sterownika jest całkowicie wyeliminowane.

Za przykład silnika zintegrowanego ze sterownikiem może posłużyć propozycja firmy Lenze. Bezprzewodowo programowany układ sterujący Lenze Smart Motor zapewnia elektroniczną regulację i kontrolę pracy oraz obsługę za pomocą dedykowanej aplikacji na smartfony. Kilka serii zintegrowanych napędów jest dostępnych w ofercie Schneider Electric. Są to serie Lexium ILA, ILE, ILS, ILT, ILP, 32i oraz 62 ILM. Ostatnia z wymienionych jest dodatkowo rozwiązaniem wieloosiowym.

Napędy wieloosiowe umożliwiają napędzanie i sterowanie kilkoma osiami za pomocą jednego napędu. Zastosowanie takiego rozwiązania upraszcza znacząco układ sterowania, redukuje okablowanie i ułatwia synchronizowanie osi. Za przykład takiego rozwiązania może posłużyć seria kompaktowych serwonapędów PSD z oferty firmy Parker dostępna w różnych wartościach mocy znamionowej. Seria obejmuje jednostkę podłączaną bezpośrednio do sieci zasilającej PSD-S oraz uniwersalny system wieloosiowy PSD-M, gdzie każdy moduł zasilania może obsłużyć do trzech silników.

Wśród urządzeń napędowych można również znaleźć napędy zdecentralizowane. Znajdują one zastosowanie w rozbudowanych systemach automatyki zajmujących stosunkowo duże powierzchnie. Umieszczanie wszystkich urządzeń napędowych w jednym miejscu nie jest wygodne. Sprawną komunikację między rozmieszczonymi w różnych punktach urządzeniami zapewnia dedykowana sieć przemysłowa.

Za przykłady napędów zdecentralizowanych mogą posłużyć przetwornice częstotliwości EURA EP-66 z oferty HF Inverter oraz SK 250E NORDAC LINK z oferty firmy Nord. Pierwsza z nich zapewnia obsługę wszelkich metod sterowań: skalarnego, wektorowego, również w wersji bezczujnikowej i wysoki stopień ochrony IP66, druga ma wbudowany filtr, funkcje oszczędzania energii, zintegrowane funkcje bezpieczeństwa oraz bogatą gamę obsługiwanych sieci przemysłowych.

Ponadto na rynku dostępne są urządzenia napędowe wyposażone w zabezpieczenie przed przegrzaniem. Jest ono realizowane poprzez monitorowanie pobieranego przez silnik prądu, obecność czujników zaniku fazy, zabezpieczenia zwarciowe, przeciążeniowe, kontrolę temperatury bezpośrednio na uzwojeniach i obudowie silnika.

Funkcje bezpieczeństwa

Niezwykle ważnym kryterium doboru urządzeń napędowych są zintegrowane funkcje bezpieczeństwa lub dedykowane rozwiązania zapewniające odpowiednio wysoki poziom zabezpieczenia przed niepożądanymi zdarzeniami. Wbudowane funkcje bezpieczeństwa mogą stanowić o wysokim stopniu zabezpieczenia danego układu napędowego. Wśród nich wyróżnić można:

– bezpieczne wyłączenie momentu (STO) – wskutek wzbudzenia bezpiecznego impulsu wyłączającego zasilanie jest bezpiecznie odłączane i napęd nie jest w stanie wygenerować momentu obrotowego,

– bezpieczne zatrzymanie napędu (SOS) – wskutek przekroczenia wartości granicznych monitorowanych prędkości i położenia, akty­wowany jest bezpieczny impuls wyłączający,

– bezpieczne zatrzymanie (SS1) – monitoring w trakcie przejścia od ruchu do zatrzymania, po całkowitym wyhamowaniu uaktywnione zostaje bezpieczne wyłączenie impulsowe, zatrzymuje ono całkowicie moment obrotowy i odcina dopływ zasilania do napędu,

– zapobieganie przekroczeniu zdefiniowanego limitu prędkości (SLS)/ przyspieszenia (SLA) – bezpieczne wyłączenie impulsowe i przejście w stan błędu wymagającego potwierdzenia jest wywoływane wskutek przekroczenia zdefiniowanej wartości prędkości (w SLS)/ przyspieszenia (w SLA),

– dedykowane wyjście cyfrowe do sterowania hamulcem (SBC) – bezpieczny sygnał wyjściowy steruje hamulcem.

Silniki

Aby wprawić w ruch dane urządzenie automatyki najczęściej wykorzystywany jest silnik elektryczny, który zamienia energię elektryczną w mechaniczną. Ten sterowany jest zazwyczaj za pomocą serwowzmacniacza lub przemiennika częstotliwości. Dla wyboru odpowiedniego silnika ważnym jest określenie obciążenia, z którym będzie pracował. Użycie zbyt mocnej jednostki generuje niepotrzebne koszty związane z zakupem samego silnika, jak i osprzętu oraz ze zwiększonym poborem mocy. Z kolei silnik o zbyt małej mocy może pracować przez większość czasu z nadmiernym obciążeniem, co będzie generować wydzielanie dużej ilości ciepła. To może doprowadzić do uszkodzenia urządzenia i konieczności poniesienia dodatkowych kosztów.

Istotne z punktu doboru odpowiedniego silnika jest określenie, czy napędzane urządzenie potrzebuje stałej, czy zmiennej prędkości obrotowej. W przypadku stałej prędkości silnik pracuje w określonym zakresie obrotów, a więc wartości przyspieszenia i zwolnienia są nieistotne. Całkiem inaczej jest, gdy aplikacja wymaga zmiennej prędkości obrotowej. Wtedy należy zadbać o odpowiednią przekładnię mechaniczną oraz sterownik kontrolujący.

W aplikacjach przemysłowych można spotkać: silniki szczotkowe i bezszczotkowe prądu stałego, silniki indukcyjne prądu przemiennego synchroniczne (w manipulatorach, efektorach) i asynchroniczne (w pompach, windach, przenośnikach), silniki krokowe (w drukarkach, robotyce) i serwomotory.

W aplikacjach wymagających stosunkowo dużych przyspieszeń, prędkości, wysokiej dynamiki oraz dużej wydajności zastosowanie znajdują silniki liniowe. Ruch postępowy jest w tym przypadku uzyskiwany bez konieczności transformacji z ruchu obrotowego za pomocą przekładni. Dzięki temu mechaniczne układy sterowania oraz szybko zużywające się części są eliminowane. Silniki liniowe znajdują zastosowanie między innymi w precyzyjnych obrabiarkach, centrach obróbczych i manipulatorach.

Przykładową serię silników liniowych można znaleźć w ofercie SEW Eurodrive. Synchroniczne serwomotory liniowe SL2 w wersji Power-System dzięki wbudowanemu wentylatorowi chłodzącemu charakteryzują się wyższą siłą znamionową niż inne wersje. Dostępne są komponenty z różnymi szerokościami aktywnymi oraz długościami silnika i części wtórnych.

Różne serie silników liniowych znajduje się również w ofercie firmy Hiwin. Są to serie LMSA (silniki kompaktowe o dużej gęstości mocy), LMFA (silniki do dużych obciążeń, chłodzone cieczą), LMC (silniki z forcerami o małej masie, osiągające duże przyspieszenia), LMFP (na bazie LMFA, z kompletną, zamkniętą obudową).

Kontrola pozycji i przemieszczenia

Większość aplikacji, w których zastosowanie znajdują układy napędowe, wymaga kontrolowania pozycji i przemieszczenia. Dzięki kontroli tych parametrów można sprawdzać na bieżąco, czy przemieszczanie elementów ruchomych odbywa się zgodnie z zakładanym planem lub czy element znajduje się już w docelowym miejscu. Na podstawie wskazań enkoderów kontrolujących pozycję w pętli sprzężenia zwrotnego, można odpowiednio korygować sygnał zadany. Tańsze i w pełni wystarczające w aplikacjach realizujących zadanie ruchu z punktu do punktu, których współrzędne są niezmienne w czasie i znane na etapie projektowania, są czujniki. Ruchomy element wykonawczy po dotarciu do celu generuje cyfrowy sygnał zwrotny informujący sterownik o tym fakcie. Wśród enkoderów znajdujących zastosowanie głównie w urządzeniach sterowanych numerycznie, gdzie pozycje są zadawane na bieżąco w zależności od danego programu technologicznego, wyróżnić można enkodery inkrementalne – wymagające procedury bazowania oraz absolutne, które ostatnią pozycję przed wyłączeniem zapamiętują do kolejnego włączenia.

Wśród bogatej oferty enkoderów znajdujących się w zasobach firmy Baumer można znaleźć enkodery bezłożyskowe, które umożliwiają rezygnację z tradycyjnych enkoderów mających precyzyjne łożyska kulkowe. Wyróżniają się całkowitą odpornością na zużycie dzięki skanowaniu magnetycznemu oraz bezdotykowej konstrukcji. Cechują się niezależnością od wielkości średnicy wału, łatwą integracją i wysokim stopniem ochrony, który jest możliwy dzięki zamkniętej elektronice.

Z kolei w ofercie firmy Kübler wśród wielu różnorodnych modeli enkoderów znaleźć można enkodery komunikujące się za pośrednictwem magistrali sieciowej, zapewniające obsługę przemysłowego Ethernetu, wykonane w wersji przeciwwybuchowej, w technice bezpieczeństwa funkcjonalnego do poziomu SIL2 i SIL3, ze stali nierdzewnej – odporne na korozję oraz enkodery w postaci inteligentnych pierścieni ślizgowych, dedykowane do użycia w koncepcji Przemysłu 4.0.

Komunikacja

Na rynku automatyki coraz częściej pojawiają się komponenty z możliwością włączenia ich do przemysłowych sieci komunikacyjnych. Odpowiednio przygotowane urządzenie może pracować w sieci. W przemyśle można zaobserwować znaczący wzrost zainteresowania sieciami ethernetowymi, które łączą sterowniki i komputery przemysłowe z urządzeniami wykonawczymi, w tym napędami. Relatywnie niskie koszty infrastruktury oraz możliwość pracy urządzeń w czasie rzeczywistym to argumenty przemawiające za korzystaniem z opracowanych ethernetowych standardów komunikacyjnych
tj. EtherNet/IP, Profinet, EtherCAT, Ethernet Powerlink, Modbus – TCP.

Wśród producentów znajdują się tacy, których cała gama urządzeń jest w stanie pracować w określonych sieciach komunikacyjnych. Tak jest przykładowo z urządzeniami firmy Beckhoff, które mogą pracować w sieci EtherCAT czy napędami B&R pracującymi w sieci Ethernet POWERLINK.

Dyrektywa ATEX

Przemysł chemiczny, wydobywczy, zakłady lakiernicze, elektromagnetyczne to przykładowe miejsca, w których napędy mogą znaleźć się w strefie potencjalnego zagrożenia wybuchem. Niebezpieczne opary mogą występować na liniach produkcyjnych związanych z branżą spożywczą, farmaceutyczną czy w oczyszczalniach ścieków. Należy zadbać o odpowiedni dobór komponentów automatyki, w tym napędów. Powinny spełniać wymagania opisane w unijnej dyrektywnie ATEX. Wszędzie tam, gdzie występują mieszaniny substancji palnych, takich jak gazy, mgły lub pyły z powietrzem może dojść do zapłonu i rozprzestrzenienia się na niespaloną mieszankę. W związku z tym należy zadbać o zabezpieczenie komponentów systemu automatyki przed skutkami ewentualnej eksplozji, wybierając urządzenia zgodne z dyrektywą ATEX.

Przykładowo w ofercie firmy Nord znajdują się silniki zabezpieczone przez eksplozją. Zapewniają moc 0,12–30 kW i są zgodne z zapisami dyrektywy ATEX. Możliwe jest skorzystanie z następujących opcji: hamulca, dodatkowego wentylatora, czujnika temperatury czy ogrzewania postojowego. Opisywane silniki posiadają klasę sprawności IE1 i IE2.

Przykładowe silniki liniowe w wersji zgodnej z ATEX można znaleźć w ofercie firmy Multiproject. Serie silników LinMot DM01, P01, PRO2 cechują się nierdzewną obudową oraz higienicznym wykonaniem konstrukcji. Konstrukcja nie posiada zbędnych krawędzi, otworów i śrub, na których mogą gromadzić się niebezpieczne pyły, wszelkie złącza są spawane, tym samym eliminując uszczelki. Uzwojenia wewnątrz konstrukcji są obudowane żywicą epoksydową, dzięki czemu eliminowane jest ryzyko wystąpienia iskrzenia. W silniku zastosowano dodatkowy czujnik temperatury pozwalający na dwukanałową kontrolę – czujniki znajdują się w uzwojeniu stojana oraz na spodzie obudowy silnika.

Odzysk energii

Silniki elektryczne w aplikacjach charakteryzujących się dużą inercją obciążenia przy zmniejszaniu obrotów przemiennika częstotliwości lub podczas zatrzymywania napędu muszą mieć zapewnione odprowadzanie energii na zewnątrz podczas procesu hamowania. Najprostszym, a jednocześnie najpowszechniejszym sposobem na rozproszenie energii w postaci ciepła jest zastosowanie rezystorów hamowania. Jeśli jednak pozyskane ciepło nie jest wykorzystywane w innym procesie, nie jest to sposób ekonomiczny. Jednak na rynku są dostępne rozwiązania umożliwiające odzyskiwanie energii przez jej zwrot do sieci zasilającej podczas hamowania. Kryteriami rozstrzygającymi, czy takie rozwiązanie będzie opłacalne dla danej aplikacji są: zakładana częstotliwość hamowania, przewidywana ilość odzyskiwanej energii oraz straty.

Przykładowym przemiennikiem częstotliwości mogącym odzyskiwać energię jest produkt firmy Danfoss – Vacon NXC w wersji AFE. Jego budowa pozwala na przepływ energii elektrycznej w obu kierunkach do i z silnika bez ograniczenia czasowego. Nadmiar energii elektrycznej trafia bezpośrednio do sieci zasilającej. Ponadto wspomniany przemiennik gwarantuje niskie odkształcenia THDi.

Podsumowanie

Urządzenia napędowe są niezbędnym elementem systemów automatyki, umożliwiają wprawianie w ruch urządzeń wykonawczych. W zależności od charakteru aplikacji należy wybrać odpowiednie źródło sterowania silnikiem, same silniki oraz akcesoria współpracujące. Bogata oferta przemienników częstotliwości, serwomechanizmów, silników różnego rodzaju, enkoderów i czujników kontrolujących pozycję i przemieszczenie sprawia, że dobór optymalnego rozwiązania wymaga nakładu pracy projektanta. Projektant musi oprócz danych znamionowych urządzeń zwracać uwagę na sposób komunikacji, warunki środowiskowe, w których urządzenia będą pracować oraz obecność odpowiednich funkcji bezpieczeństwa.

źródło: Automatyka 6/2023