Trong thiết bị tự động hóa, robot di động và các ứng dụng công nghiệp, việc lựa chọn động cơ không chỉ là kiểm tra xem động cơ có thể cung cấp đủ mô-men xoắn hay không.

Nhiều kỹ sư bắt đầu bằng việc tính toán mô-men xoắn để xác định xem động cơ có thể dẫn động tải hay không. Tuy nhiên, chỉ riêng mô-men xoắn không hoàn toàn xác định được liệu động cơ có phù hợp với ứng dụng hay không.

Trong các dự án thực tế, máy có thể khởi động bình thường và di chuyển tải thành công, nhưng sau khi đạt tốc độ mục tiêu, động cơ có thể gặp hiện tượng tăng nhiệt độ quá mức, đầu ra không đủ liên tục hoặc cảnh báo quá tải.

Nguyên nhân thường không phải do tính toán mô-men xoắn sai mà là do xác minh công suất không đủ.

Mô-men xoắn xác định liệu động cơ có đủ lực để di chuyển tải hay không, trong khi công suất xác định liệu động cơ có thể liên tục cung cấp công suất cần thiết ở tốc độ mục tiêu hay không.

Ví dụ, cùng một mô-men xoắn 2N.m yêu cầu mức công suất hoàn toàn khác nhau ở 100 vòng/phút và 3000 vòng/phút. Vì vậy, sau khi tính toán mô men xoắn, việc tính toán công suất động cơ cũng cần thiết để xác minh xem động cơ có đáp ứng được yêu cầu vận hành thực tế hay không.

1. Tại sao chỉ mô men xoắn là không đủ để lựa chọn động cơ

Công suất của động cơ có thể được hiểu từ ba yếu tố chính: mô-men xoắn, tốc độ và công suất.

Mô-men xoắn đại diện cho lực quay do động cơ tạo ra và xác định xem động cơ có thể truyền tải hay không.

Tốc độ thể hiện tốc độ quay của động cơ và quyết định tốc độ di chuyển của thiết bị.

Công suất kết hợp mô-men xoắn và tốc độ, biểu thị lượng năng lượng cơ học mà động cơ có thể cung cấp trong một khoảng thời gian nhất định.

Một chiếc xe đạp là một ví dụ đơn giản.

Khi lên dốc, người lái cần tác dụng lực lớn hơn vào bàn đạp nhưng tốc độ đạp xe thường thấp hơn. Khi đạp xe ở tốc độ cao trên mặt đất bằng phẳng, lực đạp có thể thấp hơn nhưng chân quay nhanh hơn và tổng năng lượng phát ra tăng lên.

Nếu yêu cầu đồng thời tốc độ cao và khả năng leo dốc thì công suất cần thiết sẽ cao hơn rất nhiều.

Nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho động cơ công nghiệp.

Động cơ có đủ mô-men xoắn không nhất thiết phải có đủ khả năng để vận hành ở tốc độ-cao. Chỉ bằng cách xem xét cả mô-men xoắn và tốc độ, công suất đầu ra thực tế mới có thể được đánh giá.

2. Cách tính công suất động cơ?

Công suất cơ được xác định bởi mô men xoắn và tốc độ quay.

Phương pháp tính toán kỹ thuật thường được sử dụng là:

Công suất động cơ=Mô-men xoắn x Tốc độ / 9550

Kết quả tính toán thể hiện công suất đầu ra cơ học của động cơ.

Mối quan hệ này cho thấy công suất động cơ phụ thuộc vào cả mô men xoắn và tốc độ.

Mô-men xoắn cao hơn đòi hỏi công suất cao hơn.

Tốc độ cao hơn cũng đòi hỏi công suất cao hơn.

Do đó, khi lựa chọn động cơ, các kỹ sư không chỉ nên kiểm tra xem mô-men xoắn có đủ hay không mà còn phải xác nhận xem động cơ có thể duy trì công suất yêu cầu ở tốc độ mục tiêu hay không.

3. Tại sao tốc độ cao hơn lại yêu cầu nhiều năng lượng hơn ở cùng một mô-men xoắn?

Giả sử một động cơ cung cấp cùng một công suất mô-men xoắn ở các tốc độ vận hành khác nhau.

Ở tốc độ thấp hơn, động cơ đòi hỏi ít năng lượng hơn.

Khi tốc độ quay tăng lên đáng kể, động cơ cần cung cấp nhiều năng lượng hơn trong cùng một khoảng thời gian, điều đó có nghĩa là công suất cần thiết cũng tăng theo.

Điều này giải thích tại sao một số máy có thể hoạt động bình thường ở tốc độ thấp nhưng lại không đủ công suất đầu ra hoặc nóng quá mức khi chạy nhanh hơn.

Trong nhiều ứng dụng, hạn chế không phải là không đủ mô-men xoắn. Vấn đề thực tế là động cơ không thể cung cấp đủ năng lượng liên tục với tốc độ vận hành cần thiết.

4. Làm thế nào để tính toán công suất cho hệ thống chuyển động tuyến tính?

Nhiều hệ thống tự động hóa sử dụng cơ chế chuyển động tuyến tính, chẳng hạn như:

Thiết bị truyền động vít bi

Mô-đun tuyến tính

Cơ chế nâng

Hệ thống xử lý vật liệu

Đối với các ứng dụng này, yêu cầu về năng lượng chủ yếu được xác định bởi:

Lực đẩy

Tốc độ di chuyển

Hiệu suất truyền tải

Mối quan hệ cơ bản là:

Công suất động cơ=Lực x Tốc độ / Hiệu suất

Ví dụ, nếu một cơ cấu tuyến tính yêu cầu một lực đẩy nhất định và di chuyển ở một tốc độ nhất định, thì công suất cơ học cần thiết có thể được tính toán dựa trên điều kiện tải và hiệu suất truyền động.

Khi chuyển đổi yêu cầu sang trục động cơ, các yếu tố như đầu vít, tỷ số giảm tốc và hiệu suất cơ học cũng cần được xem xét.

Cho dù ứng dụng là chuyển động tuyến tính hay chuyển động quay thì nguyên tắc vẫn như nhau:

Công suất cần thiết phụ thuộc vào lượng lực cần thiết và tốc độ hoàn thành chuyển động.

[Hình ảnh]

5. Tại sao phải xem xét hiệu suất truyền tải?

Trong các hệ thống cơ học thực tế, năng lượng của động cơ không thể truyền tới tải với hiệu suất 100%.

Tổn thất năng lượng có thể xảy ra thông qua:

Ma sát vít bi

Tổn hao hộp giảm tốc

Tổn thất truyền đai

Ma sát ổ trục

Lực cản đường ray dẫn hướng

Vì vậy, việc lựa chọn động cơ phải xem xét toàn bộ hệ thống truyền động thay vì chỉ yêu cầu tải.

Hiệu suất truyền động thấp hơn có nghĩa là động cơ cần cung cấp công suất đầu ra cao hơn để đạt được cùng hiệu suất tải.

Đây là lý do tại sao cùng một ứng dụng có thể yêu cầu các thông số kỹ thuật động cơ khác nhau khi sử dụng các cấu trúc cơ khí khác nhau.

6. Lựa chọn công suất động cơ yêu cầu phân tích đường cong tốc độ-mô-men xoắn

Công suất định mức hiển thị trong bảng dữ liệu động cơ chỉ là một tham số tham khảo.

Để xác định xem động cơ có phù hợp hay không, các kỹ sư cũng nên phân tích đường cong tốc độ-mô-men xoắn.

Điều kiện làm việc khác nhau đòi hỏi phải chú ý đến các yếu tố hiệu suất khác nhau:

Hoạt động ở tốc độ-thấp:

Tập trung vào khả năng mô-men xoắn liên tục.

Hoạt động ở tốc độ-cao:

Tập trung vào sản lượng điện liên tục.

Tăng tốc và giảm tốc:

Tập trung vào khả năng mô-men xoắn cực đại và hiệu suất truyền động.

Hoạt động lâu dài-:

Tập trung vào sự gia tăng nhiệt độ và công suất nhiệt.

Một số động cơ cung cấp mô-men xoắn mạnh ở tốc độ thấp nhưng mất công suất đầu ra ở tốc độ cao hơn.

Một số động cơ có thể mang lại hiệu suất cao nhất nhưng không thể duy trì hoạt động liên tục dưới tải nặng.

Vì vậy, việc tính toán công suất động cơ không chỉ đơn giản là chọn mức công suất lớn hơn. Đó là việc xác nhận xem động cơ có thể hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện làm việc thực tế hay không.

[Hình ảnh]

7. Tính toán công suất động cơ chỉ là một phần của việc lựa chọn động cơ

Tính toán công suất là một bước quan trọng nhưng không phải là bước cuối cùng trong việc lựa chọn động cơ.

Sau khi xác định được công suất yêu cầu, kỹ sư vẫn cần xác minh:

Liệu mô-men xoắn cực đại có đáp ứng yêu cầu tăng tốc hay không

Liệu hoạt động liên tục có gây ra hiện tượng nóng quá mức hay không

Liệu hiệu suất truyền tải đã được xem xét hay chưa

Tải trọng thẳng đứng có yêu cầu giữ mô-men xoắn hoặc phanh hay không

Chu kỳ bắt đầu{0}}dừng thường xuyên có tồn tại hay không

Quá trình lựa chọn động cơ đáng tin cậy cần xem xét nhiều yếu tố, bao gồm đặc tính tải, quán tính, yêu cầu mô-men xoắn, nhu cầu công suất và điều kiện vận hành thực tế.

8. Ba bước tính công suất động cơ

Trong các dự án kỹ thuật thực tế, việc tính toán công suất động cơ có thể được hoàn thành qua ba bước.

Bước 1: Xác định yêu cầu tải

Phân tích:

Lực tải

mô-men xoắn yêu cầu

Tốc độ vận hành

Chu kỳ làm việc

Bước 2: Chuyển đổi yêu cầu thành thông số động cơ

Coi như:

Tỷ số truyền

Chì vít

Hiệu suất truyền tải

Sau đó xác định:

Mô-men xoắn đầu ra động cơ

Tốc độ vận hành động cơ

Bước 3: Xác minh hiệu suất động cơ

Kiểm tra:

Công suất định mức

mô-men xoắn liên tục

mô-men xoắn cực đại

Tốc độ tối đa

Nhiệt độ tăng

Chỉ sau khi các thông số này được xác minh thì động cơ mới có thể được xác nhận là phù hợp với ứng dụng.

9. Năm sai lầm thường gặp khi tính công suất động cơ

Sai lầm 1: Chỉ nhìn vào công suất mà bỏ qua mômen xoắn

Động cơ có cùng mức công suất có thể cung cấp công suất mô-men xoắn khác nhau trong các điều kiện vận hành khác nhau. Không thể chọn các ứng dụng tải nặng-tốc độ thấp chỉ dựa vào nguồn điện.

Sai lầm 2: Chỉ nhìn vào mô-men xoắn và bỏ qua tốc độ

Một động cơ có thể có đủ mô-men xoắn để di chuyển tải nhưng vẫn không đạt được tốc độ vận hành cần thiết.

Sai lầm 3: Bỏ qua hiệu suất truyền tải

Công suất mà tải yêu cầu không bằng yêu cầu đầu ra thực tế của động cơ. Tổn thất cơ học phải được xem xét.

Sai lầm 4: Coi công suất đỉnh là công suất liên tục

Hiệu suất cao nhất chỉ thể hiện khả năng-ngắn hạn. Hoạt động-lâu dài phụ thuộc vào hiệu suất định mức và công suất nhiệt.

Sai lầm 5: Chỉ kiểm tra các giá trị bảng dữ liệu mà không có đường cong hiệu suất

Động cơ phải được đánh giá theo đặc tính tốc độ-mô-men xoắn hoàn chỉnh của nó chứ không chỉ dựa trên một thông số định mức.

Tóm tắt: Logic cốt lõi của tính toán công suất động cơ

Tính toán công suất động cơ là một phần thiết yếu của việc lựa chọn động cơ đáng tin cậy.

Nguyên tắc cơ bản là:

Mô-men xoắn xác định liệu động cơ có thể di chuyển tải hay không.

Tốc độ quyết định tốc độ hoạt động của thiết bị.

Công suất xác định xem động cơ có thể liên tục cung cấp công suất cần thiết ở tốc độ mục tiêu hay không.

Một quá trình lựa chọn động cơ hoàn chỉnh nên bao gồm:

Phân tích tải

Tính toán mô-men xoắn

Xác minh nguồn điện

Phân tích đường cong hiệu suất

Đánh giá điều kiện làm việc

Đối với các ứng dụng robot di động, bao gồm bánh xe dẫn động AGV, hệ thống truyền động AMR và giải pháp truyền động servo điện áp thấp, Plutools tập trung vào việc khớp hệ thống truyền động hoàn chỉnh thay vì chọn các thành phần dựa trên một tham số duy nhất.

Thông qua phân tích kỹ thuật chuyên nghiệp và xác minh hệ thống, Plutools giúp khách hàng đạt được hiệu quả cao hơn, độ tin cậy được cải thiện và tuổi thọ dài hơn cho thiết bị di động thông minh.

Nguyên tắc kỹ thuật:

Tốc độ thấp: Tập trung vào mô-men xoắn.

Tốc độ cao: Tập trung vào sức mạnh.

Hoạt động liên tục: Tập trung vào việc tạo nhiệt.

Việc lựa chọn động cơ cuối cùng phải luôn dựa trên các điều kiện làm việc hoàn chỉnh và xác minh hiệu suất của động cơ.