ข้อดีของระบบขับเคลื่อนตรงแบบหมุน (Advantages of Rotary Direct Drives)

เพิ่มสมรรถนะเชิงพลวัต

  1. ไม่มีการแปลงรูปแบบการเคลื่อนที่
    • ระบบขับเคลื่อนปราศจากความยืดหยุ่น ระยะคลอน ฮิสเทอรีซิส และแรงเสียดทานที่เกิดจากชิ้นส่วนส่งกำลังหรือคัปปลิ้ง
  2. มอเตอร์แบบหลายขั้ว
    • มอเตอร์ IDAM ใช้การออกแบบแบบหลายขั้ว สามารถผลิตแรงบิดสูงมาก และใช้งานแรงบิดสูงนี้ได้ตั้งแต่ความเร็วรอบ > 0 จนถึงความเร็วรอบต่อเนื่อง
  3. โรเตอร์วงแหวนบาง
    • ด้วยการออกแบบวงแหวนบางรูปทรงแหวนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในเปิดขนาดใหญ่ มอเตอร์จึงมีโมเมนต์ความเฉื่อยของโรเตอร์ต่ำมาก ทำให้มีความสามารถในการเร่งความเร็วสูง
  4. การวัดตำแหน่งโดยตรง
    • ด้วยการวัดตำแหน่งโดยตรงและโครงสร้างเชิงกลที่แข็งแกร่ง การวางตำแหน่งจึงมีทั้งพลวัตสูงและความแม่นยำสูง

ลดต้นทุนการดำเนินงาน

  1. ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่เพิ่มเติม
    • งานประกอบ การปรับตั้ง และการบำรุงรักษาชุดขับเคลื่อนลดลงอย่างมาก
  2. ระบบขับเคลื่อนไม่มีการสึกหรอ
    • แม้ภายใต้โหลดสูงและโหลดแปรผันบ่อยครั้ง ระบบขับเคลื่อนยังคงทนทานมาก ส่งผลให้เวลาหยุดทำงานของเครื่องจักรลดลง
  3. ความพร้อมใช้งานสูง
    • นอกจากอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นและการสึกหรอที่ลดลง ความทนทานของ torque motor ยังเพิ่มความพร้อมใช้งานของระบบอีกด้วย

เพิ่มความยืดหยุ่นในการออกแบบ

  1. เพลากลวง
    • การออกแบบ hollow shaft ของ torque motor ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในเปิดขนาดใหญ่ให้ความยืดหยุ่นในการออกแบบสูงมาก สามารถร้อยท่อ อุปกรณ์จับยึด ข้อต่อหมุน และสายไฟผ่านใจกลางมอเตอร์ได้
  2. การผสานองค์ประกอบ RDDS
    • ด้วยพื้นที่ติดตั้งที่น้อยกว่า ระบบจึงสามารถบูรณาการเข้ากับการออกแบบเครื่องจักรได้ง่าย
  3. การออกแบบแบบกระชับ
    • ร่วมกับเส้นผ่านศูนย์กลางภายในเปิดขนาดใหญ่ (hollow shaft) ระบบมีขนาดกระชับมากเมื่อเทียบกับแรงบิดที่ผลิตได้
  4. จำนวนชิ้นส่วนน้อย
    • การออกแบบที่ผ่านการพัฒนามาแล้วช่วยให้บูรณาการระบบเข้ากับแนวคิดเครื่องจักรโดยรวมได้ง่าย ชิ้นส่วนที่น้อยและแข็งแกร่งกว่าทำให้อัตราการเสีย (MTBF* สูง) ต่ำ

*MTBF: Mean Time Between Failures (ค่าเฉลี่ยเวลาระหว่างความขัดข้อง)

ข้อดีของระบบ (System Advantages)

  • พลวัตสูงและความแกร่ง (High dynamics and stiffness)
  • การเคลื่อนที่ที่ราบเรียบอย่างยิ่ง (Extremely smooth motion)
  • ความเร่งสูง (High acceleration)
  • ความเร็วสูง (High velocity)
  • การออกแบบแบบกระชับ (Compact design)
  • ประกอบง่าย (Easy assembly)
  • ความแกร่งในการรับโหลดแบบสถิตและพลวัตที่ยอดเยี่ยม (Excellent static and dynamic load rigidity)
  • ไม่มีระยะคลอน (No backlash)
  • ระบบสึกหรอน้อยและบำรุงรักษาต่ำ (Low-wear and low-maintenance system)
  • ความเฉื่อยต่ำ (Small inertia)
  • แรงบิดสูงสุด Tp: 8.9 – 369 Nm
  • ระบบวัด (Measuring system): หลักการวัดแบบออปติคัล มีจำนวนอินครีเมนต์หลายแบบตามรุ่น
  • ตลับลูกปืน (Bearing): กระชับ รับแรงบิดเอียง (tilting torque) ภายนอกสูง ความแกร่งและความแม่นยำสูง ค่าเบี่ยงเบนในแนวแกนและแนวรัศมีต่ำมาก (runout)
  • เส้นผ่านศูนย์กลางภายในอิสระ (Free inner diameter)

โครงสร้างมาตรฐาน (Standard Design)

แผนภาพหมายเลของค์ประกอบโครงสร้างมาตรฐาน RDDS

โครงสร้างมาตรฐาน RDDS: ตำแหน่งองค์ประกอบ 1 (แผ่นสเตจ) ถึง 7 (แผ่นฐาน)

โครงสร้างมาตรฐาน RDDS ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักเจ็ดชิ้น ดังนี้:

1 แผ่นสเตจ (Stage plate)
2 ระบบวัด ภายใน (Measuring system, inside)
3 ตลับลูกปืน ภายใน (Bearing, inside)
4 มอเตอร์ขับเคลื่อนตรง ภายใน (Direct drive motor, inside)
5 สายไฟแบบถาวร ระบบวัด (แนวแกน) (Non detachable cord, measuring system, axial)
6 สายไฟแบบถาวร มอเตอร์ (แนวแกน) (Non detachable cord, motor, axial)
7 แผ่นฐาน (Base plate)

การป้องกันความร้อนของมอเตอร์ (Thermal Motor Protection)

วงจรตรวจสอบ I และ II (Monitoring Circuit I and II)

ระบบขับเคลื่อนตรงมักทำงานที่ขีดจำกัดสมรรถนะเชิงความร้อน นอกจากนี้ อาจเกิดโหลดเกินที่ไม่คาดคิดระหว่างการทำงาน ซึ่งส่งผลให้กระแสเกินค่าพิกัดที่อนุญาต ดังนั้น ตัวควบคุมเซอร์โวสำหรับมอเตอร์ควรมีการป้องกันโหลดเกินเพื่อควบคุมกระแสมอเตอร์ ค่าประสิทธิผล (root mean square) ของกระแสมอเตอร์อนุญาตให้เกินค่าพิกัดที่อนุญาตได้เพียงช่วงสั้น การตรวจสอบอุณหภูมิทางอ้อมแบบนี้รวดเร็วและเชื่อถือได้

มอเตอร์ IDAM ติดตั้งเซ็นเซอร์อุณหภูมิ (PTC และ KTY) ซึ่งควรใช้สำหรับการป้องกันความร้อนของมอเตอร์

วงจรตรวจสอบ I (Monitoring Circuit I)

ขดลวดสามเฟสติดตั้ง PTC สามตัวต่ออนุกรมเพื่อให้การป้องกันมอเตอร์ PTC คือ Positive Temperature Coefficient thermistor (ตัวต้านทานเทอร์มิสเตอร์สัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก) เมื่อติดตั้งแล้วมีค่าคงเวลาเชิงความร้อนต่ำกว่า 5 วินาที

กราฟคุณลักษณะอุณหภูมิ PTC

คุณลักษณะอุณหภูมิ PTC: ความต้านทาน R [Ω] เทียบกับอุณหภูมิ ϑ [K]; ความต้านทานเพิ่มสูงอย่างรวดเร็วเมื่อเกินอุณหภูมิตอบสนองพิกัด Tn

คุณลักษณะอุณหภูมิ PTC (Temperature Characteristics PTC)

ความต้านทาน R [Ω] เทียบกับอุณหภูมิ ϑ [K] (ข้อมูลจากแหล่งอ้างอิง):

อุณหภูมิ Tn-20 Tn-5 Tn Tn+5 Tn+15
ความต้านทาน R [Ω] 250 550 1330 4000

Tn: อุณหภูมิตอบสนองพิกัด (Nominal response temperature)

ต่างจาก KTY ตรงที่ความต้านทานของ PTC เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมากเมื่อเกินอุณหภูมิตอบสนองพิกัด Tn โดยสูงขึ้นหลายเท่าของค่าขณะเย็น การต่อ PTC สามตัวแบบอนุกรมทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานรวมอย่างชัดเจน แม้ว่าองค์ประกอบเพียงตัวเดียวเกิน Tn การใช้เซ็นเซอร์สามตัวช่วยให้มั่นใจว่า แม้มอเตอร์หยุดนิ่งภายใต้โหลดเฟสไม่สมมาตร ยังคงมีสัญญาณสำหรับการหยุดอย่างปลอดภัย

อุปกรณ์ป้องกันมอเตอร์เชิงพาณิชย์ที่ต่ออยู่ด้านล่างมักทำงานระหว่าง 1.5 ถึง 3.5 kΩ ด้วยวิธีนี้จึงตรวจพบอุณหภูมิสูงเกินได้ภายในความคลาดเคลื่อนเพียงไม่กี่องศาสำหรับแต่ละขดลวด อุปกรณ์ตัดยังตอบสนองเมื่อความต้านทานในวงจร PTC ต่ำเกินไป ซึ่งมักบ่งชี้ความบกพร่องในวงจรตรวจสอบ และยังรับประกันการแยกไฟฟ้าอย่างปลอดภัยระหว่างตัวควบคุมกับเซ็นเซอร์ในมอเตอร์ อุปกรณ์ป้องกันมอเตอร์ไม่รวมอยู่ในขอบเขตการจัดส่ง

หมายเหตุ: PTC ไม่เหมาะสำหรับการวัดอุณหภูมิ ควรใช้ KTY หากต้องการวัดอุณหภูมิ สามารถผสานเซ็นเซอร์ตรวจสอบเพิ่มเติมได้ตามความต้องการของลูกค้า โดยหลักการแล้ว สัญญาณเซ็นเซอร์ PTC ต้องได้รับการตรวจสอบเพื่อป้องกันอุณหภูมิสูงเกิน

วงจรตรวจสอบ II (Monitoring Circuit II)

แผนผังการต่อสายมาตรฐานของ PTC และ KTY

การต่อสายมาตรฐาน PTC และ KTY: ขดลวดสามเฟส (U, V, W) แต่ละเฟสติด PTC; เฟส U ติด KTY84-130

เฟสหนึ่งของมอเตอร์ติดตั้ง KTY84-130 เพิ่มเติม เซ็นเซอร์นี้เป็นตัวต้านทานเซมิคอนดักเตอร์ที่มีสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก (semiconductor resistor with positive temperature coefficient)

สัญญาณเทียบเท่าอุณหภูมิถูกสร้างขึ้นด้วยความล่าช้าซึ่งขึ้นอยู่กับประเภทมอเตอร์ เพื่อป้องกันมอเตอร์จากอุณหภูมิสูงเกิน จึงกำหนดค่าจำกัดการตัดไว้ในตัวควบคุม เมื่อมอเตอร์หยุดนิ่ง กระแสคงที่จะไหลผ่านขดลวด โดยค่ากระแสขึ้นอยู่กับตำแหน่งขั้วที่เกี่ยวข้อง

กราฟคุณลักษณะอุณหภูมิ KTY

คุณลักษณะอุณหภูมิ KTY: ความต้านทาน R [Ω] เทียบกับอุณหภูมิ ϑ [°C] (−40 ถึง 140 °C), กระแสวัด Imax = 2 mA

ด้วยเหตุนี้ มอเตอร์จึงไม่ร้อนสม่ำเสมอ ซึ่งอาจทำให้ขดลวดที่ไม่ได้รับการตรวจสอบร้อนเกิน เซ็นเซอร์ PTC และ KTY มีฉนวนพื้นฐานต่อมอเตอร์ ไม่เหมาะสำหรับการต่อตรงเข้าวงจร PELV/SELV ตามมาตรฐาน DIN EN 50178

หมายเหตุ: เซ็นเซอร์ KTY ตรวจสอบขดลวดเพียงเส้นเดียว สัญญาณสามารถใช้สำหรับการตรวจสอบอุณหภูมิหรือการแจ้งเตือนได้ แต่ไม่อนุญาตให้ใช้เพื่อการตัดเพียงอย่างเดียว

การเชื่อมต่อทางไฟฟ้า (Electrical Connections)

การเชื่อมต่อสายมาตรฐานของแมทริกซ์ RDDS1 เป็นแบบออกตามแกน ตำแหน่งกำหนดไว้ในแบบ ความยาวสายจากเอาต์พุตมอเตอร์คือ 1.0 m ปลายสายเปิดและติดปลอกสาย สายที่ใช้ได้รับการรับรอง UL และเหมาะสำหรับรางเดินสาย (cable drag chains)

ระบบหมุนมีตัวเลือกเป็นปลั๊กติดตั้งภายนอกบนเปลือกโดยตรง หรือปลั๊กคัปเปลอร์ที่ปลายสายเชื่อมต่อ

ทิศทางการหมุนบวกของระบบ

ทิศทางการหมุนมาตรฐานของแผ่นสเตจ (stage plate) คือทวนเข็มนาฬิกา แต่อาจแตกต่างกันขึ้นอยู่กับประเภทการเชื่อมต่อ

การจัดเรียงขา — การเชื่อมต่อด้วยสาย (มาตรฐาน)

ประเภทสาย: 4G1.5 + 2x (2x0.75) KAWEFLEX 5281, Ø 12.6 mm, รัศมีโค้งพลวัต 95 mm, รัศมีโค้งสถิต 63 mm

มอเตอร์ (Motor)
แกนสาย (Core) สัญญาณ (Signal)
1เฟส U (Phase U)
2เฟส V (Phase V)
3เฟส W (Phase W)
GNYEPE
5PTC (3x อนุกรม, ทุกเฟส)
6PTC (3x อนุกรม, ทุกเฟส)
7+ เซ็นเซอร์อุณหภูมิ KTY84-130 (หนึ่งเฟส)
8- เซ็นเซอร์อุณหภูมิ KTY84-130 (หนึ่งเฟส)
Shield

ประเภทสาย: 12x0.08 NJ AWM STYLE 20963, Ø 3.7 mm, รัศมีโค้งพลวัต 40 mm, รัศมีโค้งสถิต 8 mm

ระบบวัด 1 Vpp (Measuring system 1 Vpp)
แกนสาย (Core) สัญญาณ (Signal)
GNU1+
BNU1-
BKU2+
RDU2-
GYU0+
PKU0-
WHGND
BU+5 V
Shield

การจัดเรียงขา — การเชื่อมต่อด้วยปลั๊ก (ตัวเลือก)

RDDS1-130xH: ปลั๊กติดตั้ง M17 แบบ 9 ขั้ว

มอเตอร์ (Motor) — ปลั๊กติดตั้ง M17 แบบ 9 ขั้ว
ขา (Pin) สัญญาณ (Signal)
1เฟส U (Phase U)
2เฟส V (Phase V)
3เฟส W (Phase W)
PEPE
APTC (3x อนุกรม, ทุกเฟส)
BPTC (3x อนุกรม, ทุกเฟส)
CNC
D+ เซ็นเซอร์อุณหภูมิ KTY84-130 (หนึ่งเฟส)
E- เซ็นเซอร์อุณหภูมิ KTY84-130 (หนึ่งเฟส)
CaseShield
ระบบวัด 1 Vpp — ปลั๊กติดตั้ง M17 แบบ 17 ขั้ว
ขา (Pin) สัญญาณ (Signal)
1+5 V Sense
2NC
3NC
4GND Sense
5NC
6NC
7+5 V
8NC
9NC
10GND
11NC
12U2+
13U2-
14U0+
15U1+
16U1-
17U0-
CaseShield

RDDS1-160xH, RDDS1-180xH, RDDS1-230xH และรูปแบบเชื่อมต่อ MA/MU/MD (ทุกขนาด)

RDDS1-160xH, RDDS1-180xH, RDDS1-230xH ใช้ ปลั๊กติดตั้ง M23 แบบ 8 ขั้ว; รูปแบบเชื่อมต่อ MA/MU/MD (ทุกขนาด) ใช้ ปลั๊กคัปเปลอร์ M23 แบบ 8 ขั้วที่ปลายสาย

มอเตอร์ (Motor) — ปลั๊กติดตั้ง M23 แบบ 8 ขั้ว
ขา (Pin) สัญญาณ (Signal)
1เฟส U (Phase U)
4เฟส V (Phase V)
3เฟส W (Phase W)
2 / PEPE
APTC (3x อนุกรม, ทุกเฟส)
BPTC (3x อนุกรม, ทุกเฟส)
C+ เซ็นเซอร์อุณหภูมิ KTY84-130 (หนึ่งเฟส)
D- เซ็นเซอร์อุณหภูมิ KTY84-130 (หนึ่งเฟส)
CaseShield
ระบบวัด 1 Vpp — ปลั๊กติดตั้ง / คัปเปลอร์ M23 แบบ 12 ขั้ว
ขา (Pin) สัญญาณ (Signal)
1U2-
2+5 V Sense
3U0+
4U0-
5U1+
6U1-
7NC
8U2+
9NC
10GND
11GND Sense
12+5 V
CaseShield

การสับเปลี่ยนขั้ว (Commutation)

ระบบขับเคลื่อนตรงแบบหมุนทำงานในโหมด commutated เป็นอันดับแรก มอเตอร์แรงบิด IDAM มาตรฐานไม่ติดตั้งเซ็นเซอร์ Hall IDAM แนะนำการ commutation ที่เกี่ยวข้องกับระบบวัด เนื่องจากได้รับการสนับสนุนจากเซอร์โวอินเวอร์เตอร์และตัวควบคุมสมัยใหม่

ความแข็งแกร่งของฉนวน (Insulation Strength)

ความแข็งแกร่งของฉนวนสำหรับแรงดันบัส (link voltage) สูงสุด 600 VDC

มอเตอร์ IDAM เป็นไปตามคำสั่ง EC 73/23/EEC และมาตรฐานยุโรป EN 50178 และ EN 60204 ก่อนจัดส่งผ่านการทดสอบแรงดันสูงแบบแยกส่วน และเทเรซินภายใต้สุญญากาศ กรุณาตรวจสอบให้แน่ใจว่าปฏิบัติตามแรงดันใช้งานที่เกี่ยวข้องกับประเภทมอเตอร์

แรงดันเกินที่ขั้วมอเตอร์ในการทำงานแบบอินเวอร์เตอร์

เนื่องจากเซมิคอนดักเตอร์กำลังที่สลับเร็วมากสร้างโหลด du/dt สูง แรงดันพีคที่สูงกว่าแรงดันอินเวอร์เตอร์จริงอย่างมีนัยสำคัญอาจเกิดขึ้นที่ขั้วมอเตอร์ โดยเฉพาะเมื่อใช้สายเชื่อมต่อที่ยาวกว่า (ตั้งแต่ประมาณ 5 m) ระหว่างมอเตอร์และอินเวอร์เตอร์ ซึ่งส่งโหลดสูงมากต่อฉนวนมอเตอร์

หมายเหตุ:

  • ค่า du/dt ของโมดูล PWM ต้องไม่เกิน 8 kV/µs
  • สายเชื่อมต่อมอเตอร์ต้องสั้นที่สุดเท่าที่เป็นไปได้
  • เพื่อป้องกันมอเตอร์ ควรใช้ออสซิลโลสโคปในการกำหนดค่าเฉพาะเพื่อวัดแรงดัน (PWM) ที่ใช้กับมอเตอร์ผ่านขดลวดและเทียบกับ PE แรงดันพีคที่มีอยู่ไม่ควรเกิน 1 kV อย่างมีนัยสำคัญ ตั้งแต่ประมาณ 2 kV ควรคาดหวังความเสียหายต่อฉนวนอย่างค่อยเป็นค่อยไป
  • กรุณาปฏิบัติตามคำแนะนำและหมายเหตุการกำหนดค่าที่ผู้ผลิตตัวควบคุมให้มา

วิศวกร IDAM จะช่วยเหลือในการใช้งานของคุณและช่วยระบุและลดแรงดันที่สูงเกิน

การระบายความร้อนและวงจรระบายความร้อน (Cooling and Cooling Circuit)

การสูญเสียกำลังและการสูญเสียความร้อน

นอกจากการสูญเสียกำลังที่กำหนดโดยค่าคงที่มอเตอร์ km แล้ว มอเตอร์ยังเกิดการสูญเสียที่ขึ้นกับความถี่ โดยเฉพาะที่ความถี่ควบคุมสูง (เกิน 50 Hz) การสูญเสียเหล่านี้รวมกันทำให้มอเตอร์และส่วนประกอบอื่นของระบบร้อนขึ้น

กฎต่อไปนี้ใช้ที่ความถี่ควบคุมต่ำ (< 80 Hz) ของมอเตอร์: มอเตอร์ที่มีค่าคงที่มอเตอร์ km สูงจะผลิตการสูญเสียกำลังต่ำกว่าเมื่อเทียบกับมอเตอร์สเปกเดียวกันที่มีค่าคงที่มอเตอร์ต่ำกว่า

การสูญเสียกำลังที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของมอเตอร์ถ่ายเทผ่านส่วนประกอบมอเตอร์ไปยังองค์ประกอบที่ต่ออยู่ ระบบโดยรวมได้รับการออกแบบอย่างระมัดระวังเพื่อควบคุมการกระจายความร้อนผ่านการพา การนำ และการแผ่รังสี

แรงบิดต่อเนื่องของมอเตอร์ระบายความร้อนด้วยของเหลวสูงกว่ามอเตอร์ที่ไม่มีการระบายความร้อนประมาณสองเท่า ระบบขับเคลื่อนตรงแบบหมุนต้องได้รับการเลือกและบูรณาการเข้ากับแนวคิดเครื่องจักรตามข้อกำหนดพื้นที่ติดตั้ง ความแม่นยำ และการระบายความร้อน

ควรใช้การระบายความร้อนแบบแอคทีฟเป็นอันดับแรกในเครื่องจักรสมรรถนะสูงและอุปกรณ์ที่มีการทำงานเชิงพลวัตสูงพร้อมโหลดตลับลูกปืนสูงที่สอดคล้องกัน

การออกแบบระบบระบายความร้อน

การระบายความร้อนของระบบออกแบบเป็นแบบแจ็คเก็ตระบายความร้อน (jacket cooling) และควรต่อโดยลูกค้าเข้ากับวงจรระบายความร้อนของอุปกรณ์ระบายความร้อน แจ็คเก็ตระบายความร้อนเป็นส่วนหนึ่งของมอเตอร์แบบตัวเลือก หรือเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างเครื่องจักรของลูกค้าอยู่แล้ว

ตัวกลางระบายความร้อน (cooling medium) ไหลจากทางเข้าไปยังทางออกผ่านรูในครีบระบายความร้อนที่ระดับต่างกัน ข้อต่อทางเข้าและทางออกสามารถกำหนดให้กับสองช่องเชื่อมต่อตามต้องการ พื้นที่ไหลถูกปิดผนึกด้านนอกด้วย O-ring

แผนภาพตัดขวางวงจรระบายความร้อน RDDS

ตัดขวางแจ็คเก็ตระบายความร้อน: ตำแหน่งข้อต่อระบายความร้อน (Cooling connections) ช่องระบายความร้อน (Cooling slots) และร่อง O-ring (O-ring slots)

หมายเหตุ: เมื่อใช้น้ำเป็นสารหล่อเย็น ต้องใช้สารเติมแต่งเพื่อป้องกันการกัดกร่อนและการตกตะกอนทางชีวภาพในวงจรระบายความร้อน

การพึ่งพาข้อมูลพิกัดต่ออุณหภูมิจ่ายของตัวกลางระบายความร้อน (Dependency of Characteristic Data on the Supply Temperature of Cooling Medium)

กระแสต่อเนื่อง Icw ที่ระบุในแผ่นข้อมูลสำหรับการทำงานระบายความร้อนด้วยน้ำสามารถบรรลุได้ที่อุณหภูมิจ่ายพิกัด ϑnV = 25 °C อุณหภูมิจ่าย ϑV ที่สูงขึ้นส่งผลให้สมรรถนะการระบายความร้อนลดลงและกระแสพิกัดก็ลดลงด้วย กระแสต่อเนื่องที่ลดลง Ic red คำนวณได้จากสมการกำลังสองต่อไปนี้:

Ic red = Icw × ϑmax − ϑVϑmax − ϑnV

สัญลักษณ์ คำอธิบาย หน่วย
Ic red กระแสต่อเนื่องที่ลดลง (Reduced continuous current) A
Icw กระแสต่อเนื่อง ระบายความร้อนที่ ϑnV (Continuous current, cooled at ϑnV) A
ϑV อุณหภูมิจ่ายปัจจุบัน (Current supply temperature) °C
ϑnV อุณหภูมิจ่ายพิกัด (Rated supply temperature) °C
ϑmax อุณหภูมิขดลวดสูงสุดที่อนุญาต (Maximum permissible winding temperature สำหรับกระแสมอเตอร์คงที่) °C
กราฟกระแสต่อเนื่องสัมพัทธ์เทียบกับอุณหภูมิจ่าย

กระแสต่อเนื่องสัมพัทธ์ Ic red / Icw [%] เทียบกับอุณหภูมิจ่าย ϑV [°C] (อุณหภูมิจ่ายพิกัด ϑnV = 25 °C)

รอบการวางตำแหน่ง (Positioning Cycle)

ตัวอย่างรอบการวางตำแหน่งต่อไปนี้ใช้ระบบ RDDS1-160x195-S-B-CA-WM-9000:

พารามิเตอร์ระบบตัวอย่าง

ระบบ RDDS1-160x195-S-B-CA-WM-9000
การเคลื่อนที่แบบหมุน 22.5° ใน 32 ms / หยุด 20 ms; 69230 ขั้น/ชั่วโมง
โมเมนต์ความเฉื่อยมวลเพิ่มเติม 0.0125 kgm2 (เท่ากับ 2.5 × JRotor)
การจำกัด Jerk jmax = 500000 rad/s3
ความเร่งเชิงมุม αmax = 2250 rad/s2
ความเร็วเชิงมุม ωmax = 25 rad/s (= 238 rpm)
รอบการวางตำแหน่ง: ความเร่งและค่าเบี่ยงเบนตำแหน่ง

รอบการวางตำแหน่ง (ซ้าย): ความเร่งเชิงมุม a [rad/s²] และค่าเบี่ยงเบนตำแหน่ง [arcsec] เทียบกับเวลา t [ms]

รอบการวางตำแหน่ง: ความเร่งและแรงบิด DAC

รอบการวางตำแหน่ง (ขวา): ความเร่งเชิงมุม a [rad/s²] และแรงบิด DAC [% Tnom/Tp] เทียบกับเวลา t [ms]

Tp: แรงบิดสูงสุด (Peak torque); Tnom: แรงบิดพิกัด (Nominal torque)

การกำหนดค่าระบบ (System Configuration)

แผนภาพบล็อกการกำหนดค่าระบบ RDDS

โครงสร้างการกำหนดค่าระบบ: การเชื่อมต่อ RDDS1, IDAM DSMRW, Servo Control E, Servo Drive E และ PC (Ethernet/EtherCAT) รองรับทั้งระบบระนาบ XDDS และระบบหลายแกน MDDS

ระบบขับเคลื่อนตรงแบบหมุน (RDDS1) สามารถทำงานร่วมกับสถาปัตยกรรมการควบคุมดังต่อไปนี้:

  • IDAM® DSMRW: เซอร์โวไดร์ฟสำหรับหนึ่งแกน หรือตัวควบคุมจากผู้ผลิตอื่น
    • ป้อนกลับกระแส (Current feedback)
    • เอนโคเดอร์ 1 Vss sin/cos
  • IDAM® Servo Control E + IDAM® Servo Drive E (โมดูลขยายหลายแกน)
    • เชื่อมต่อ Ethernet กับ PC (Embedded PC พร้อม Soft-PLC และการสอดแทรกหลายแกน)
    • รองรับระบบ IDAM® RDDS1 (หมุน), IDAM® XDDS (ระนาบ), IDAM® MDDS (หลายแกน)
  • ตัวควบคุมจากผู้ผลิตอื่น (Controls of other producers)

โหลดเพิ่มเติม (Additional Loads)

รูปต่อไปนี้แสดงกรณีโหลดที่เป็นไปได้ของระบบหมุน แรงภายนอกหรือมวลเพิ่มเติมก่อให้เกิดโหลดเฉพาะต่อระบบหมุน ขึ้นอยู่กับจุดที่ใช้แรงและตำแหน่ง

แรงตามแกนและโหลดในแนวแกน

กรณีโหลดในแนวแกน รูปที่ 1 และ 2

รูปที่ 1 และ 2: แรงในแนวแกนรวม Fax = Fa + m × g สำหรับการจัดวางแบบศูนย์กลาง (สองทิศทางการประกอบ)

แรงภายนอกที่กระทำที่ศูนย์กลางซึ่งแนวการกระทำของแรงเหมือนกับแกนหมุน (Fa) รวมถึงมวลเพิ่มเติมที่จัดวางแบบศูนย์กลาง (m) จะก่อให้เกิดแรงในแนวแกนรวม (Fax) เมื่อประกอบระบบหมุนแบบรูปที่ 1 และ 2:

Fax = Fa + m × g

แรงบิดเอียง (การเยื้องศูนย์ตามแกน)

แรงในแนวแกนแบบเยื้องศูนย์ก่อให้เกิดแรงบิดเอียง รูปที่ 3

รูปที่ 3: ระยะเยื้องศูนย์ r ก่อให้เกิดแรงบิดเอียง Ttilt (การติดตั้งแบบตั้งตรง)

แรงในแนวแกนแบบเยื้องศูนย์ก่อให้เกิดแรงบิดเอียง รูปที่ 4

รูปที่ 4: ระยะเยื้องศูนย์ r ก่อให้เกิดแรงบิดเอียง Ttilt (การติดตั้งแบบคว่ำ)

หากแรงในแนวแกนรวม (Fax) มีระยะเยื้องศูนย์ (r) จากแกนหมุน (รูปที่ 3 และ 4) ระบบหมุนจะรับแรงบิดเอียงเพิ่มเติม:

Ttilt = r × Fax

ในกรณีที่แขนโมเมนต์และแรงตั้งฉากกัน:

|Ttilt| = |r| × |Fax| × sin 90°

Ttilt = r × Fax

แรงในแนวรัศมีและแรงบิดเอียง

แรงในแนวรัศมีและแรงบิดเอียง รูปที่ 5

รูปที่ 5: แรงในแนวรัศมี Fr, แรงในแนวรัศมีรวม Frad, ระยะ a, b, c และแรงบิดเอียง Ttilt (การติดตั้งแบบนอน)

แรงภายนอกในแนวรัศมีที่กระทำที่ศูนย์กลางซึ่งแนวการกระทำของแรงตั้งฉากกับแกนหมุน (Fr) รวมถึงมวลเพิ่มเติมที่จัดวางแบบศูนย์กลาง (m) จะก่อให้เกิดแรงในแนวรัศมีรวม (Frad) เมื่อประกอบระบบหมุนแบบรูปที่ 5:

Frad = Fr + m × g

จุดที่ใช้แรงในแนวรัศมี (Frad) โดยทั่วไปอยู่ที่ระยะ (a) จากแผ่นสเตจ และโหลดในแนวรัศมีก่อให้เกิดแรงบิดเอียงเพิ่มเติม แรงบิดเอียงตามรูปที่ 5 คือ:

Ttilt = b × Frad

เมื่อแขนโมเมนต์และแรงตั้งฉากกัน เช่นเดียวกับข้างต้น:

|Ttilt| = |b| × |Frad| × sin 90°

Ttilt = b × Frad

ระยะ b ตามรูปที่ 5 คือ:

b = a + c

ดังนั้นแรงบิดเอียงคือ:

Ttilt = (a + c) × Frad

c คือค่าเฉพาะสำหรับแต่ละขั้นเส้นผ่านศูนย์กลาง:

RDDS1 c [m]
130xH0.028
160xH0.032
180xH0.026
230xH0.029

หมายเหตุ: ไม่ว่ากรณีใดก็ตาม ห้ามเกินค่าจำกัดที่กำหนด (Fax, Frad, Ttilt) กรุณาติดต่อเราหากมีความต้องการโหลดที่สูงกว่า

การเลือกระบบขับเคลื่อนตรง (Selection of Direct Drives for Rotary Applications)

การใช้งานแบบรอบ (Cycled Applications)

ในการทำงานแบบรอบ การเคลื่อนที่วางตำแหน่งตามลำดับสลับกับช่วงหยุดพักที่ไม่มีการเคลื่อนที่ ลำดับการวางตำแหน่งแบบง่ายประกอบด้วยการเคลื่อนที่ที่มีความเร่งบวกตามด้วยการชะลอ (ความเร่งลบที่มักมีขนาดเดียวกัน ซึ่งในกรณีนี้เวลาเร่งและชะลอเท่ากัน) ความเร็วเชิงมุมสูงสุด ωmax ถึงได้เมื่อสิ้นสุดช่วงเร่ง

กราฟความเร็วเชิงมุมเทียบกับเวลา

ความเร็วเชิงมุม ω เทียบกับเวลา t: แสดง ωmax, −ωmax, เวลาเคลื่อนที่ tM และเวลาหยุดพัก tP ของการเคลื่อนที่ไป-กลับแบบรอบ

จากนี้จะได้แผนภาพ α(t) (α: ความเร่งเชิงมุม) รวมถึงการไหลของแรงบิดที่ต้องการสำหรับการเคลื่อนที่:

T = J × α

(T: แรงบิด [Nm], J: โมเมนต์ความเฉื่อยมวล [kgm2], α: ความเร่งเชิงมุม [rad/s2])

รอบถูกอธิบายในแผนภาพ ω(t) (ω: ความเร็วเชิงมุม, t: เวลา) แผนภาพแสดงการเคลื่อนที่ไป-กลับพร้อมช่วงหยุดพัก (tM: เวลาเคลื่อนที่, tP: เวลาหยุดพัก)

แผนภาพรอบความเร่งเชิงมุมและแรงบิดหกส่วน

ความเร่งเชิงมุม α และแรงบิด T เทียบกับเวลา t: รอบแรงบิดหกส่วน T1–T6 แสดงส่วนเวลา tM/2 และ tP

ตามการไหลของแรงบิดของรอบจังหวะที่ต้องการ มอเตอร์ถูกเลือกตามเกณฑ์สามข้อ:

  • แรงบิดสูงสุดในรอบ M: Tp (แรงบิดสูงสุด) ตามแผ่นข้อมูล
  • แรงบิดประสิทธิผลในรอบ M: Tc (มอเตอร์ไม่มีการระบายความร้อน) หรือ Tcw (ระบายความร้อนด้วยน้ำ) ตามแผ่นข้อมูล
  • ความเร็วรอบสูงสุดในรอบ M: nlp ตามแผ่นข้อมูล

แรงบิดประสิทธิผลเท่ากับค่า root mean square ของเส้นโค้งแรงบิด (รอบแรงบิดหกส่วน) ในรอบจังหวะ:

Trms = T12·t1 + T22·t2 + … + T62·t6t1 + t2 + … + t6

ตัวประกอบความปลอดภัย 1.4 ในการคำนวณตัวอย่างยังคำนึงถึงการทำงานของมอเตอร์ในบริเวณไม่เชิงเส้นของลักษณะแรงบิด-กระแส ซึ่งสูตรสำหรับคำนวณ Teff ใช้ได้เพียงโดยประมาณเท่านั้น

กำหนด T1 = T; T2 = −T; T3 = 0; T4 = −T; T5 = T; T6 = 0 และ t1 = tM/2; t2 = tM/2; t3 = tP; t4 = tM/2; t5 = tM/2; t6 = tP คำนวณแรงบิดประสิทธิผลได้:

Trms = Tnom × tMtM + tP

สมการนี้ใช้กับแรงบิดประสิทธิผลเมื่อแรงบิดที่มีขนาดเดียวกันกระทำในรอบจังหวะ (โมเมนต์ความเฉื่อยมวลและความเร่งเชิงมุมคงที่) ใต้เครื่องหมายรากปรากฏ: "ผลรวมเวลาเคลื่อนที่หารด้วยผลรวมเวลาเคลื่อนที่และเวลาหยุดพัก" ตัวส่วนจึงเป็นเวลารอบ

ความเร่งเชิงมุม ความเร็วเชิงมุมสูงสุด และความเร็วรอบสูงสุดของการเคลื่อนที่วางตำแหน่งคำนวณด้วย:

α = 4 × φ / tM2

ωmax = α × tM / 2

nmax = 60 / (2 × π) × ωmax

สัญลักษณ์ คำอธิบาย หน่วย
φ มุมการเคลื่อนที่ (Motion angle) rad
tM เวลาเคลื่อนที่ (Motion time) s
α ความเร่งเชิงมุม (Angular acceleration) rad/s2
ωmax ความเร็วเชิงมุมสูงสุด (Maximum angular speed) rad/s
nmax ความเร็วรอบสูงสุด (Maximum rotary speed) rpm

หากตั้งค่าการจำกัด jerk ไว้ในเซอร์โวอินเวอร์เตอร์ เวลาวางตำแหน่งจะขยายออกตามนั้น เวลาวางตำแหน่งคงที่ต้องใช้ความเร่งที่สูงกว่าในกรณีนี้

ตัวอย่างการเลือกระบบขับเคลื่อนตรงแบบหมุน (Selection of Rotary Direct Drive Systems)

ตัวอย่าง: การใช้งานแบบรอบ เช่น ระบบทดสอบ

ค่าที่กำหนด (Preset values) ค่า คำอธิบาย
โมเมนต์ความเฉื่อยมวล J [kgm2] 0.018
มุมการเคลื่อนที่ φ [°] 22.5
แรงบิดเสียดทาน Tf [Nm] 2
พื้นที่ติดตั้ง D (เส้นผ่านศูนย์กลางนอกสูงสุด) [mm] 180
เวลาเคลื่อนที่ tM [ms] 30
ตัวประกอบความปลอดภัย (Safety factor) 1.4
เวลาหยุดพัก tP [ms] 60

แปลงมุมการเคลื่อนที่เป็นเรเดียน:

φ = 180/π × 22.5° = 0.3927 rad

ขั้นตอนการคำนวณ:

α = 4 × 0.3927 rad / (0.03 s)2 = 1745.33 rad/s2

ωmax = 1745.33 rad/s2 × 0.03 s / 2 = 26.18 rad/s

nmax = 60 / (2 × π) × 26.18 rad/s = 250 rpm

เมื่อรวมแรงบิดเสียดทานและตัวประกอบความปลอดภัยแล้ว จะได้แรงบิดพร้อมตัวประกอบความปลอดภัยสูงสุด:

Tnom = [(0.018 kgm2 × 1745.33 rad/s2) + 2 Nm] × 1.4 = 46.78 Nm

ในกรณีนี้แรงบิดสำหรับการเร่งและการเบรกเท่ากัน แรงบิดประสิทธิผลเท่ากับค่า root mean square ของเส้นโค้งแรงบิด (รอบแรงบิดหกส่วน) ในรอบจังหวะ:

Trms = 46.78 Nm × 0.03 s0.03 s + 0.06 s = 27.01 Nm

(รอบแรงบิดหกส่วน = สองรอบ)

ผลการเลือกระบบ

การเลือกระบบไม่มีระบายความร้อนด้วยน้ำ (Trms ≤ Tc) RDDS1-180x192.5 (Tc = 29.0 Nm)
การเลือกระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ (Trms ≤ Tcw) RDDS1-160x145 (Tcw = 29.2 Nm)

ทั้งสองระบบที่เลือกได้บรรลุความเร็วรอบสูงสุด 250 rpm

กราฟความเร็วเชิงมุมตัวอย่างการเลือก

ตัวอย่างการเลือก: ความเร็วเชิงมุม ω เทียบกับเวลา t (ωmax, tM, tP)

แผนภาพความเร่งเชิงมุมและแรงบิดสามส่วนตัวอย่างการเลือก

ตัวอย่างการเลือก: ความเร่งเชิงมุม α และแรงบิด T เทียบกับเวลา t (รอบแบบง่าย T1–T3)

การสอบถามและการเลือกระบบ

สำหรับการสอบถามและการเลือกระบบสำหรับการใช้งานของคุณ กรุณาอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา

ESC
連結已複製!