หลักการทางเทคนิค

1.1 คำอธิบายสัญลักษณ์ที่ใช้ในสูตร

1.2 ข้อดีของมอเตอร์แรงบิด

1.2.1 ความสามารถด้านสมรรถนะ

ไม่มีการแปลงรูปแบบการเคลื่อนที่

ไม่มีความยืดหยุ่น ช่องว่าง การเสียดทาน หรือฮิสเทอรีซิสในชุดส่งกำลังที่เกิดจากชิ้นส่วนส่งกำลังหรือชิ้นส่วนข้อต่อ

มอเตอร์หลายขั้ว

แรงบิดที่สูงมากเกิดขึ้นจากการออกแบบแบบหลายขั้ว แรงบิดสามารถใช้งานได้ตั้งแต่ความเร็วรอบ > 0 จนถึงความเร็วพิกัด

โรเตอร์รูปวงแหวนแบบบาง

การออกแบบรูปวงแหวนแบบบางที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในขนาดใหญ่และว่างเปล่า ช่วยลดความเฉื่อยของมอเตอร์และให้อัตราเร่งที่สูง

การวัดตำแหน่งโดยตรง

การปรับตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูงและเป็นพลวัตเป็นไปได้ ด้วยการวัดตำแหน่งโดยตรงและโครงสร้างเชิงกลที่มีความแข็งแกร่ง

ความเข้ากันได้กับชุดควบคุม

มอเตอร์แรงบิดจาก Schaeffler Industrial Drives สามารถใช้งานร่วมกับเซอร์โวไดรฟ์ทั่วไปทุกตัวในตลาดได้

1.2.2 ต้นทุนการดำเนินงาน

ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่เพิ่มเติม

การไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่เพิ่มเติม ทำให้การประกอบ การปรับตั้ง และการบำรุงรักษาเชิงป้องกันของชุดขับเคลื่อนง่ายขึ้น

การสึกหรอน้อยที่สุดในชุดส่งกำลัง

ชุดส่งกำลังมีความทนทานอย่างยิ่งแม้ภายใต้ภาระสลับที่สูงมาก การสึกหรอที่น้อยช่วยลดเวลาหยุดเครื่อง

ความพร้อมใช้งานสูง

นอกเหนือจากอายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้นและการสึกหรอที่ลดลง การออกแบบที่แข็งแรงทนทานของมอเตอร์แรงบิดยังเพิ่มความพร้อมใช้งานของทั้งเครื่องจักรอีกด้วย

ประสิทธิภาพพลังงาน

ความร้อนถูกลดลงให้น้อยที่สุดเพื่อประหยัดพลังงานในเซอร์โวไดรฟ์และชุดทำความเย็น

1.2.3 การออกแบบ

เพลากลวง

เพลากลวงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ ช่วยให้สามารถบูรณาการหรือสอดผ่านชุดประกอบอื่น ๆ ได้ เช่น เพลา ตัวกระจายแบบหมุน และท่อสื่อกลาง ระดับตลับลูกปืน การสร้างแรง และพื้นที่ทำงานที่มีประสิทธิภาพสามารถอยู่ใกล้ชิดกันได้

การติดตั้งสเตเตอร์

วงแหวนสำหรับสเตเตอร์สามารถบูรณาการเข้ากับโครงสร้างเครื่องจักรได้ง่าย เนื่องจากต้องการพื้นที่น้อย

ความสูงหน้าตัดต่ำ

โครงสร้างที่กะทัดรัดสูงและสั้นในแนวแกนพร้อมแรงบิดสูง เป็นไปได้ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางภายในขนาดใหญ่ที่ว่างเปล่า

ชิ้นส่วนน้อย

การออกแบบเชิงวิศวกรรมขั้นสูง ทำให้นำชิ้นส่วนของมอเตอร์มาประกอบเข้ากับเครื่องจักรได้ง่ายขึ้น จำนวนชิ้นส่วนที่น้อยและการออกแบบที่แข็งแรงทนทาน ช่วยลดอัตราการชำรุดและเพิ่มระยะเวลาเฉลี่ยระหว่างการชำรุด

1.3 คุณลักษณะของมอเตอร์แรงบิด

มอเตอร์แรงบิดประกอบด้วยสเตเตอร์และโรเตอร์ สเตเตอร์มีระบบขดลวดที่ทำงานอยู่ ส่วนโรเตอร์มีระบบแม่เหล็กถาวร ในการจัดวางแบบร่วมศูนย์ โรเตอร์อาจเป็นวงแหวนภายในในกรณีของมอเตอร์โรเตอร์ภายใน หรือเป็นวงแหวนภายนอกในกรณีของมอเตอร์โรเตอร์ภายนอก เมื่อสเตเตอร์ได้รับการจ่ายไฟจะสร้างแรงที่กระทำต่อโรเตอร์อันเป็นผลจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้า

ตลับลูกปืนทำหน้าที่รักษาช่องว่างอากาศระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ และยังต้องมีระบบวัดเพื่อตรวจจับตำแหน่งของโรเตอร์ด้วย เนื่องจากความต้องการการใช้งานที่หลากหลาย จึงได้มีการพัฒนามอเตอร์หลายซีรีส์ที่มีสเตเตอร์และโรเตอร์หลายรูปแบบ

ในด้านการออกแบบโครงสร้าง มอเตอร์แรงบิดสามารถแบ่งออกได้เป็นมอเตอร์ที่มีหรือไม่มีแกนเหล็กอัดแผ่น (lamination stack) หรือมอเตอร์ไร้แกนเหล็ก ความแตกต่างเพิ่มเติมยังรวมถึงตำแหน่งและการจัดวางของโรเตอร์ว่าเป็นโรเตอร์ภายในหรือโรเตอร์ภายนอก หรือจำแนกตามระบบแม่เหล็ก ตัวอย่างเช่น แม่เหล็กอาจถูกติดบนพื้นผิวของวงแหวนเหล็ก เช่นเดียวกับในซีรีส์ RIB หรืออาจถูกฝังไว้ในแกนเหล็กอัดแผ่น — ที่เรียกว่าแม่เหล็กฝัง (buried magnets) — ในซีรีส์ RKIB มอเตอร์เหล่านี้สร้างแรงบิดที่สูงอย่างสม่ำเสมอตลอดช่วงความเร็วที่กว้าง แรงบิดถูกกำหนดโดยพื้นที่ช่องว่างอากาศที่ทำงานระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ ตลอดจนโครงสร้าง ผู้ออกแบบต้องเลือกชุดประกอบมอเตอร์ตามความต้องการกำลัง มอเตอร์ไฟฟ้าทั่วไปจำแนกตามกำลัง ในทางตรงกันข้าม มอเตอร์แรงบิดจำแนกตามแรงบิดที่ต้องการ

1.4 ค่าคุณลักษณะทั่วไปของมอเตอร์

1.4.1 เกณฑ์ประสิทธิภาพ

กำลังสูญเสียของมอเตอร์แรงบิดถูกระบุไว้ในข้อมูลสมรรถนะตามขดลวดและขนาด แม้ว่ามอเตอร์แรงบิดจะสร้างแรงบิดสูงเมื่ออยู่นิ่ง แต่ก็ไม่ได้ส่งกำลังเชิงกลออกมา ด้วยเหตุนี้จึงไม่มีเหตุผลที่จะระบุค่าประสิทธิภาพ

อย่างไรก็ตาม สามารถใช้ค่าคงที่ของมอเตอร์ k_m สำหรับการเปรียบเทียบประสิทธิภาพได้ ค่าคงที่ของมอเตอร์ k_m นิยามความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดกับการสูญเสียในทองแดงที่เกิดขึ้นที่แรงบิดนั้น กำลังสูญเสียทำให้มอเตอร์ร้อนขึ้น นอกจากนี้ ค่าคงที่ของมอเตอร์ k_m มีความแม่นยำสำหรับช่วงควบคุมเชิงเส้นในสภาวะนิ่งและที่ความเร็วต่ำ ตลอดจนที่อุณหภูมิห้อง

เมื่อมอเตอร์มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพจะลดลงเนื่องจากความต้านทานของขดลวดที่เพิ่มขึ้น สำหรับความเร็วที่ความถี่การเปลี่ยนขั้ว 100 Hz หรือสูงกว่า การสูญเสียในทองแดงจะมีการสูญเสียในเหล็กเข้ามาร่วมด้วย ในรูปของการสูญเสียฮิสเทอรีซิสและการสูญเสียกระแสไหลวนที่ขึ้นกับความถี่ แม้ว่าการสูญเสียในเหล็กจะไม่รวมอยู่ในค่าคงที่ของมอเตอร์ k_m แต่ก็มีความสำคัญในช่วงความเร็วจำกัด จึงควรนำมาพิจารณา ค่าคงที่ของมอเตอร์ k_m เกี่ยวข้องเฉพาะกับช่วงเชิงเส้นของเส้นโค้งคุณลักษณะแรงบิด–กระแสเท่านั้น

ค่าคงที่ของมอเตอร์ k_m ขึ้นอยู่กับความต้านทานโอห์ม และจึงขึ้นกับอุณหภูมิขดลวดของมอเตอร์ ค่าคงที่ของมอเตอร์ k_m ระบุไว้ในข้อมูลสมรรถนะที่ +20 °C เส้นโค้งคุณลักษณะแสดงค่าคงที่ของมอเตอร์เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ

รูปที่ 1: ค่าคงที่ของมอเตอร์ k_m เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ ϑ แกนตั้งคือค่าคงที่ของมอเตอร์สัมพัทธ์ (%) แกนนอนคืออุณหภูมิ ϑ (°C) เส้นโค้งอยู่ที่ 100% สำหรับ +20 °C และลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ลดลงเหลือประมาณ 84% ที่ +130 °C ①＝ค่าคงที่ของมอเตอร์สัมพัทธ์, ϑ＝อุณหภูมิ

พฤติกรรมเชิงความร้อน

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้ความต้านทานของขดลวดเพิ่มขึ้น ซึ่งมีผลทำให้ค่าคงที่ของมอเตอร์ k_m ลดลง ที่ +130 °C ค่าคงที่ของมอเตอร์ k_m จะลดลงเหลือ 0.84 เท่าของค่าปกติ ที่กระแสคงที่ซึ่งสร้างแรงบิดในทางกลับกัน กำลังสูญเสียในมอเตอร์ที่ร้อนจะสูงกว่าในมอเตอร์ที่เย็น กำลังสูญเสียนี้จะยิ่งเพิ่มอุณหภูมิของมอเตอร์ให้สูงขึ้นอีก

1.4.2 การออกแบบขดลวดและความสัมพันธ์

ประการแรกและสำคัญที่สุด ซีรีส์เป็นตัวกำหนดความเร็วจำกัดของมอเตอร์แรงบิด การออกแบบต่อไปนี้เป็นไปได้:

• มอเตอร์แรงบิด RIB: สเตเตอร์มีแกนเหล็กอัดแผ่น สำหรับโรเตอร์ แม่เหล็กถูกติดลงบนวงแหวนเหล็ก
• มอเตอร์แรงบิด RKI และมอเตอร์แรงบิด RKIB: สเตเตอร์มีแกนเหล็กอัดแผ่น สำหรับโรเตอร์ แม่เหล็กถูกฝังเข้าไปในแกนเหล็กอัดแผ่น

ภายในซีรีส์เดียวกัน ขนาด แรงดันบัส DC และการออกแบบขดลวดมีผลต่อความเร็วจำกัด

แรงดันตกภายในมอเตอร์ทำให้ความต้องการแรงดันเพิ่มขึ้นเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น ที่ความเร็วหัวเข่าที่ระบุไว้ในข้อมูลสมรรถนะ ความต้องการแรงดันจะเท่ากับแรงดันบัส DC ของเซอร์โวคอนเวอร์เตอร์ที่มีการควบคุมแบบเชิงสนาม (field-oriented control) หลังจากนั้นความเร็วจะลดลงอย่างรวดเร็ว ยิ่งแรงดันบัส DC สูงและค่าคงที่แรงดันที่สัมพันธ์กับขดลวด k_û ยิ่งเล็ก ก็ยิ่งได้ความเร็วจำกัดที่สูงขึ้น เนื่องจากมีความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่แรงดันกับค่าคงที่แรงบิด ความต้องการกำลังของมอเตอร์จึงเพิ่มขึ้นเมื่อความต้องการความเร็วสูงขึ้นที่แรงบิดเท่าเดิม ขดลวดมาตรฐานหนึ่งชนิดหรือมากกว่าถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าสำหรับความเร็วจำกัดและความต้องการเชิงพลวัตที่ต่างกันที่แรงดันบัส DC คงที่ U_DCL

1.4.2.1 การเปลี่ยนแปลงแรงดันบัส DC

แรงดันบัส DC มีผลต่อขีดจำกัดความเร็วที่ขึ้นกับขดลวด หากแรงดันบัส DC เปลี่ยนแปลงสูงสุด ±10 % สามารถสมมติให้มีความเป็นสัดส่วนระหว่างแรงดันบัส DC กับขีดจำกัดความเร็วได้ สำหรับการเลือกมอเตอร์เบื้องต้น ขีดจำกัดความเร็วที่แม่นยำสำหรับแรงดันบัส DC เฉพาะของลูกค้าสามารถขอได้จากวิศวกรประยุกต์ ตลอดจนแผนกขายของ Schaeffler Industrial Drives

ที่แรงดันบัส DC ต่ำลง ความเร็วจำกัดจะลดลง เส้นโค้งคุณลักษณะแรงบิด–กระแสแสดงแรงบิดที่จุดทำงานต่าง ๆ เส้นโค้งคุณลักษณะแรงบิด–ความเร็วแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดกับความเร็วที่จุดทำงานต่าง ๆ

เส้นโค้งแรงบิด–ความเร็วมีให้บริการในรูปแบบเอกสารข้อมูลจากวิศวกรประยุกต์และแผนกขายของ Schaeffler Industrial Drives ติดต่อ: sales-sid@schaeffler.com

1.4.3 เส้นโค้งคุณลักษณะแรงบิด/ความเร็ว

มอเตอร์แรงบิด RIB

เส้นโค้งคุณลักษณะแรงบิด–ความเร็วสำหรับมอเตอร์แรงบิด RIB แสดงขีดจำกัดความเร็วที่ขึ้นกับขดลวดเป็นฟังก์ชันของแรงบิดที่แรงดันบัส DC คงที่ โดยไม่มีการลดสนาม (field weakening) เส้นโค้งคุณลักษณะนี้ไม่ได้อธิบายวัฏจักรการทำงานและพฤติกรรมเชิงความร้อนที่เกี่ยวข้องของมอเตอร์ เส้นโค้งคุณลักษณะแสดงเฉพาะช่วงที่มอเตอร์สามารถเข้าถึงได้ที่อุณหภูมิขดลวด +20 °C เท่านั้น

จุดทำงานที่แรงบิดเกิน T_cw มีข้อจำกัดด้านเวลา เพื่อป้องกันไม่ให้สเตเตอร์ร้อนเกินไป ที่ T_u อุณหภูมิเอาต์พุตของโรเตอร์ที่สูงเกินไปอาจนำไปสู่การลดสภาพแม่เหล็ก (demagnetisation)

ที่ n > n_lwS1 มอเตอร์อาจทำงานได้เฉพาะในช่วงเวลาที่กำหนดเท่านั้น เนื่องจากการสูญเสียเพิ่มเติมที่ขึ้นกับความถี่ อีกทางเลือกหนึ่งคือสามารถลดกระแสสำหรับการทำงานต่อเนื่องได้ ความเร็วพิกัด (S1) แบบระบายความร้อน n_lwS1 สามารถเท่ากับ n_lw ได้เช่นกัน ขึ้นอยู่กับขนาดมอเตอร์และการออกแบบขดลวด

ความเร็วจำกัด n_lc ที่ I_{c eff} และ T_c มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจเส้นโค้งคุณลักษณะ แต่ไม่ได้ระบุไว้ในข้อมูลสมรรถนะ เนื่องจากมีความเกี่ยวข้องน้อย

รูปที่ 2: มอเตอร์แรงบิด RIB: เส้นโค้งคุณลักษณะแรงบิด–ความเร็ว แกนตั้งคือแรงบิด T แกนนอนคือความเร็ว n เส้นโค้งแสดงแรงบิดสามระดับ T_p, T_cw, T_c พร้อมขีดจำกัดความเร็วที่สัมพันธ์กัน n_lp, n_lwS1, n_lw, n_lc นิยามสัญลักษณ์: T＝แรงบิด, n＝ความเร็ว, T_c＝แรงบิดต่อเนื่อง แบบไม่ระบายความร้อน, T_cw＝แรงบิดต่อเนื่อง แบบระบายความร้อน, T_p＝แรงบิดพีค, n_lc＝ความเร็วจำกัดที่ I_{c eff} และ U_DCL, n_lp＝ความเร็วจำกัดที่ I_{p eff} และ U_DCL, n_lw＝ความเร็วหัวเข่า, n_lwS1＝ความเร็วพิกัด S1 แบบระบายความร้อน

มอเตอร์แรงบิด RKI และมอเตอร์แรงบิด RKIB

เส้นโค้งคุณลักษณะแรงบิด–ความเร็วสำหรับความเร็วต่อเนื่อง แสดงขีดจำกัดความเร็วที่ขึ้นกับขดลวดเป็นฟังก์ชันของแรงบิดที่ความเร็วสูงและแรงดันบัส DC คงที่ พร้อมการลดสนาม มอเตอร์แรงบิด RKI และมอเตอร์แรงบิด RKIB สามารถทำงานต่อเนื่องได้ที่จุดทำงานที่แสดงในเส้นโค้งคุณลักษณะ

การทำงานที่แรงบิดต่อเนื่อง T_cw เป็นไปได้จนถึงความเร็ว n_lwS1 ที่ความเร็วสูงขึ้นจนถึงความเร็ว n_lw2 การทำงานต่อเนื่องต้องลดกระแสจาก I_{cw eff} เป็น I_{cw2 eff} แรงบิดที่สัมพันธ์กันคือ T_cw2

ระหว่าง n_lw2 และ n_lw3 กระแสต่อเนื่องสูงสุดที่ยอมให้ได้ก็คือ I_{cw2 eff} เช่นกัน ความก้าวหน้าของแรงบิดที่สัมพันธ์กันขึ้นอยู่กับขดลวดและการจัดวางโรเตอร์ ที่ n_lw3 และ I_{cw2 eff} แรงบิดที่สัมพันธ์กันคือ T_cw3 กำลังเชิงกลที่จุดทำงานนี้คือ P_{max S1} ความก้าวหน้าที่แม่นยำระหว่าง n_lw2 และ n_lw3 สามารถดูได้เฉพาะในเอกสารข้อมูลเฉพาะของผลิตภัณฑ์ ซึ่งต้องร้องขอจาก Schaeffler Industrial Drives

รูปที่ 3: มอเตอร์แรงบิด RKIB: เส้นโค้งคุณลักษณะแรงบิด–ความเร็วสำหรับความเร็วต่อเนื่อง แกนตั้งคือแรงบิด T แกนนอนคือความเร็ว n เส้นโค้งแสดง T_cw, T_cw2, T_cw3 พร้อมขีดจำกัดความเร็วที่สัมพันธ์กัน n_lwS1, n_lw2, n_lw3 นิยามสัญลักษณ์: n＝ความเร็ว, T＝แรงบิด, T_cw＝แรงบิดต่อเนื่อง แบบระบายความร้อน, T_cw2＝แรงบิดที่ I_{cw2 eff} และ n_lw2, T_cw3＝แรงบิดที่ I_{cw2 eff} และ n_lw3, n_lwS1＝ความเร็วพิกัด S1 แบบระบายความร้อน, n_lw2＝ความเร็วทำงาน FS ที่ I_{cw2 eff} และ U_DCL, n_lw3＝ความเร็วจำกัดที่ I_{cw2 eff} และ U_DCL ในการทำงานต่อเนื่อง

1.4.4 เส้นโค้งคุณลักษณะแรงบิด/กระแส

กระแสของมอเตอร์ในช่วงระหว่าง 0 A ถึงกระแสพีคเชิงเส้น I_{pl eff} สร้างแรงบิดที่ขึ้นต่อกันแบบเชิงเส้น กระแสพีค I_{pl eff} สร้างแรงบิดพีคเชิงเส้น T_pl ค่าคงที่ของมอเตอร์ k_m เหมาะสำหรับการคำนวณกำลังสูญเสียในช่วงระหว่าง 0 A ถึง I_{pl eff} ค่าคงที่แรงบิด k_T ใช้ในช่วงนี้เพื่อคำนวณแรงบิดจากกระแส หรือในทางกลับกัน

ค่าของกระแสพีคเชิงเส้น I_{pl eff} ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ ค่านี้ขึ้นอยู่กับซีรีส์และการออกแบบขดลวด อาจต่ำกว่าหรือสูงกว่าค่าของกระแสต่อเนื่องแบบระบายความร้อน I_{cw eff} กระแสพีคเชิงเส้น I_{pl eff} และแรงบิดพีคเชิงเส้นที่สัมพันธ์กัน T_pl มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจเส้นโค้งคุณลักษณะ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากค่าเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องในทางปฏิบัติน้อยมาก จึงไม่ได้ระบุไว้ในข้อมูลสมรรถนะ

เส้นโค้งคุณลักษณะแรงบิด–กระแสจะไม่เป็นเชิงเส้นอีกต่อไปที่ I > I_{p eff} การอิ่มตัวของวงจรแม่เหล็กของมอเตอร์เป็นสาเหตุของความไม่เป็นเชิงเส้นนี้ ระหว่างจุดแรงบิด–กระแส T_p ที่ I_{p eff} และ T_u ที่ I_{u eff} เส้นโค้งคุณลักษณะจะกลายเป็นไม่เชิงเส้น ในช่วงนี้ ความชันของเส้นโค้งจะแปรผันและต่ำกว่าค่าของค่าคงที่แรงบิด k_T อย่างมีนัยสำคัญ

มอเตอร์สามารถทำงานได้เป็นเวลาไม่กี่วินาทีจนถึงจุดทำงาน T_p, I_{p eff} นี่คือจุดทำงานสูงสุดสำหรับกระบวนการเร่ง เนื่องจากความเสี่ยงของการลดสภาพแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร มอเตอร์ต้องไม่ทำงานเกินจุดจำกัด T_u, I_{u eff}

รูปที่ 4: แรงบิดเป็นฟังก์ชันของกระแสมอเตอร์ แกนตั้งคือแรงบิด T แกนนอนคือกระแสมอเตอร์ I เส้นโค้งเป็นเชิงเส้นระหว่าง 0 และ I_{p eff} และกลายเป็นไม่เชิงเส้นเมื่อเกินไป เนื่องจากการอิ่มตัวของแม่เหล็ก จนถึง T_u, I_{u eff} ระดับแรงบิด T_c, T_cw, T_pl, T_p, T_u และจุดกระแส I_{c eff}, I_{cw eff}, I_{pl eff}, I_{p eff}, I_{u eff} ถูกทำเครื่องหมายไว้

1.5 การป้องกันมอเตอร์เชิงความร้อน

1.5.1 วงจรเฝ้าตรวจ I และ II

ผู้ใช้มักใช้งานชุดขับเคลื่อนตรง (direct drive) ที่ขีดจำกัดสมรรถนะเชิงความร้อน นอกจากนี้ การโอเวอร์โหลดที่คาดเดาไม่ได้อาจเกิดขึ้นระหว่างการทำงาน การโอเวอร์โหลดส่งผลให้เกิดภาระกระแสที่สูงกว่ากระแสต่อเนื่องที่ยอมให้ได้ ในกรณีโอเวอร์โหลด กระแสมอเตอร์ยังผล ซึ่งเป็นค่ารากที่สองของกำลังสองเฉลี่ย I²t ต้องไม่เกินกระแสต่อเนื่องของมอเตอร์ที่ยอมให้ได้ สำหรับกระแสเกินระยะสั้น อิเล็กทรอนิกส์กำลังต้องมีแบบจำลองการป้องกันมอเตอร์ I²t เพื่อควบคุมกระแสมอเตอร์ การเฝ้าตรวจอุณหภูมิทางอ้อมนี้รวดเร็วและเชื่อถือได้มาก ในระหว่างการเริ่มเดินเครื่องมอเตอร์ ผู้ใช้ต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เปิดการเฝ้าตรวจ I²t ไว้

มอเตอร์จาก Schaeffler Industrial Drives ต้องได้รับการป้องกันด้วยการเฝ้าตรวจอุณหภูมิมอเตอร์ วงจรเฝ้าตรวจ I ของรุ่นมาตรฐานประกอบด้วยเซ็นเซอร์ PTC จำนวน 3 ตัว ต่ออนุกรมกันบนขดลวดสามเฟส วงจรเฝ้าตรวจ II ยังรวมเซ็นเซอร์ Pt1000 บนเฟสหนึ่งในมอเตอร์ด้วย เซ็นเซอร์นี้ทำให้สามารถตั้งค่าเกณฑ์เตือนล่วงหน้าได้

รูปที่ 5: การต่อมาตรฐานของชุด PTC สามตัวและ Pt1000 แสดงการจัดวางขั้วต่อของเซ็นเซอร์ PTC จำนวน 3 ตัวที่ต่ออนุกรมกันบนขดลวดสามเฟส U, V, W ของมอเตอร์ และเซ็นเซอร์ Pt1000 บนเฟสหนึ่ง

1.5.2 วงจรเฝ้าตรวจ I

PTC เป็นเทอร์มิสเตอร์ PTC มีค่าคงที่เวลาเชิงความร้อนไม่กี่วินาที ในทางตรงกันข้ามกับ Pt1000 ความต้านทานของ PTC จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมากเมื่ออุณหภูมิตอบสนองพิกัด ϑ_n ถูกเกิน ความต้านทานจะเพิ่มขึ้นเป็นหลายเท่าของค่าตอนเย็นเมื่ออุณหภูมิตอบสนองพิกัดถูกเกิน

เมื่อใช้ PTC สามตัว กล่าวคือเซ็นเซอร์ PTC สามตัวต่ออนุกรมกัน ความต้านทานรวมจะเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ การเปลี่ยนแปลงที่มากนี้จะเกิดขึ้นเช่นกันแม้เซ็นเซอร์เพียงตัวเดียวจะเกินอุณหภูมิตอบสนอง ϑ_n การใช้เซ็นเซอร์ PTC สามตัวช่วยให้มั่นใจว่ามอเตอร์ยังสามารถถูกตัดการทำงานได้อย่างปลอดภัยด้วยรีเลย์ป้องกันมอเตอร์แบบเทอร์มิสเตอร์ ภายใต้ภาระเฟสที่ไม่สมมาตร เช่น ขณะหยุดนิ่ง รีเลย์ป้องกันมอเตอร์แบบเทอร์มิสเตอร์โดยทั่วไปจะทริปที่ระหว่าง 1.5 kΩ และ 3.5 kΩ จึงสั่งให้ชุดควบคุมหยุด

เซ็นเซอร์ PTC ตรวจจับอุณหภูมิเกินของแต่ละขดลวดด้วยความคลาดเคลื่อนเพียงไม่กี่องศา

รูปที่ 6: คุณลักษณะอุณหภูมิของ PTC แกนตั้งคือความต้านทาน R (Ω) แกนนอนคืออุณหภูมิ ϑ ความต้านทานต่ำเมื่ออยู่ต่ำกว่าอุณหภูมิตอบสนองพิกัด ϑ_n และเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเกินไป ระดับความต้านทาน 250, 500, 1330, 4000 Ω และช่วงอุณหภูมิ ϑ_n−20, ϑ_n−5, ϑ_n, ϑ_n+5, ϑ_n+15 ถูกทำเครื่องหมายไว้ นิยามสัญลักษณ์: R＝ความต้านทาน, ϑ＝อุณหภูมิ, ϑ_n＝อุณหภูมิตอบสนองพิกัด

รีเลย์ป้องกันมอเตอร์แบบเทอร์มิสเตอร์จะตอบสนองด้วยเช่นกัน หากความต้านทานในวงจร PTC ต่ำเกินไป ความต้านทานที่ต่ำเกินไปอาจบ่งชี้ถึงข้อบกพร่องในวงจรเฝ้าตรวจ รีเลย์ป้องกันมอเตอร์แบบเทอร์มิสเตอร์ช่วยให้มั่นใจถึงการแยกทางไฟฟ้า (galvanic isolation) ที่ปลอดภัยของชุดควบคุมออกจากเซ็นเซอร์ PTC ในมอเตอร์ รีเลย์ป้องกันมอเตอร์แบบเทอร์มิสเตอร์ไม่รวมอยู่ในขอบเขตการจัดส่งของมอเตอร์ เซ็นเซอร์ PTC ของวงจรเฝ้าตรวจอุณหภูมิ I ไม่เหมาะสำหรับการวัดอุณหภูมิ วงจรเฝ้าตรวจ II เหมาะสำหรับการวัดอุณหภูมิ

1.5.3 วงจรเฝ้าตรวจ II

Pt1000 เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบตัวต้านทานวัดที่ทำจากแพลทินัม เซ็นเซอร์นี้ใช้ประโยชน์จากการที่ความต้านทานทางไฟฟ้าของแพลทินัมขึ้นกับอุณหภูมิ มาตรฐาน EN 60751 อธิบายคุณลักษณะของเซ็นเซอร์

รูปที่ 7: คุณลักษณะอุณหภูมิของ Pt1000 แกนตั้งคือความต้านทาน R (Ω) แกนนอนคืออุณหภูมิ ϑ (−40 ถึง +140 °C) เส้นโค้งเพิ่มขึ้นแบบเชิงเส้น จากประมาณ 800 Ω (−40 °C) ถึงประมาณ 1540 Ω (+140 °C) นิยามสัญลักษณ์: R＝ความต้านทาน, ϑ＝อุณหภูมิ

ค่าคงที่เวลาเชิงความร้อนคือไม่กี่วินาทีในสภาพที่ติดตั้งแล้ว เกณฑ์เตือนล่วงหน้าและขีดจำกัดการตัดการทำงานถูกป้อนเข้าในชุดควบคุม และป้องกันมอเตอร์จากอุณหภูมิที่สูงเกินไป เกณฑ์เตือนล่วงหน้าช่วยป้องกันการตัดการทำงานในทันทีโดยรีเลย์ป้องกันมอเตอร์แบบเทอร์มิสเตอร์

ขณะหยุดนิ่ง ขึ้นอยู่กับการใช้งาน กระแสคงที่อาจไหลผ่านขดลวดของมอเตอร์ ตำแหน่งของขั้วเป็นตัวกำหนดขนาดของกระแสคงที่ มอเตอร์จะไม่ร้อนขึ้นอย่างสม่ำเสมอเนื่องจากความสัมพันธ์นี้ ขดลวดที่ไม่ได้รับการเฝ้าตรวจอาจร้อนเกินไป เซ็นเซอร์ Pt1000 หนึ่งตัวสามารถเฝ้าตรวจได้เพียงเฟสเดียว การใช้และประเมินเซ็นเซอร์ Pt1000 สามตัวช่วยให้มั่นใจถึงการเฝ้าตรวจทุกเฟส สำหรับการใช้งานที่เข้าถึงขีดจำกัดภาระขณะหยุดนิ่งเป็นประจำ Schaeffler Industrial Drives แนะนำให้ใช้และประเมินเซ็นเซอร์ Pt1000 สามตัว

รูปที่ 8: การต่อชุด PTC สามตัวและ Pt1000 จำนวน 3 ตัว แสดงการจัดวางขั้วต่อของ PTC จำนวน 3 ตัว (ต่ออนุกรม) และเซ็นเซอร์ Pt1000 จำนวน 3 ตัวบนขดลวดสามเฟส V, U, W ของมอเตอร์

1.6 เทคโนโลยีการต่อเชื่อมทางไฟฟ้า

1.6.1 การต่อสายมาตรฐาน

การต่อสายมาตรฐานของมอเตอร์จาก Schaeffler Industrial Drives ติดตั้งด้วยการต่อแบบเกลียวในแนวแกน สำหรับมอเตอร์แรงบิด RIB ตำแหน่งสัมพัทธ์ของสายเทียบกับจุดต่อระบายความร้อนจะอยู่ตรงกลางของทางออกสาย สำหรับมอเตอร์แรงบิด RKI และมอเตอร์แรงบิด RKIB ที่มีทางออกสายหลายจุด ตำแหน่งสัมพัทธ์ไม่สามารถกำหนดได้ทั่วไป แบบเสนอราคาและแบบส่งมอบและแบบจำลอง 3D ถือเป็นเกณฑ์หลักและให้ตำแหน่งที่มีผลผูกพัน

มอเตอร์แรงบิด RIB จัดส่งพร้อมสายยาว 2 m ความยาวสายวัดจากทางออกของมอเตอร์ มอเตอร์แรงบิด RKI และมอเตอร์แรงบิด RKIB จัดส่งพร้อมสายยาว 2 m หรือ 5 m มีความยาวสายแบบกำหนดเองให้บริการ

หน้าตัดของสายเชื่อมต่อกำลังขึ้นอยู่กับกระแสต่อเนื่องของมอเตอร์ ตามมาตรฐาน การกำหนดขนาดอ้างอิงจากกระแสต่อเนื่อง I_{cw eff} ที่ P_lw (แบบระบายความร้อน) สามารถใช้ทางออกสายแบบแนวแกน แนวรัศมี และแนวสัมผัสได้ ทางออกสายที่ต้องการถูกกำหนดพร้อมกับคำสั่งซื้อ สำหรับกระแสมอเตอร์เกิน 70 A ทางออกสายจะถูกปรับให้เหมาะกับการใช้งานเฉพาะ

สายมีคุณลักษณะดังต่อไปนี้:

• มีฉนวนป้องกันสัญญาณรบกวน (shielded)
• ทนต่อน้ำมันและสารหล่อเย็นด้วยพื้นผิวภายนอกที่เป็นพอลิยูรีเทน
• ทนไฟ
• เหมาะสำหรับใช้งานกับโซ่ลากสาย (drag chain)

ปลายสายเปิดพร้อมปลอกหุ้มปลายสาย (ferrules) ในรุ่นมาตรฐาน สามารถทำทางออกสายเฉพาะการใช้งานได้

สายเซ็นเซอร์ช่วยให้สามารถเฝ้าตรวจอุณหภูมิด้วยเซ็นเซอร์ PTC และ Pt1000 ปลายสายเปิดพร้อมปลอกหุ้มปลายสายในรุ่นมาตรฐาน สามารถทำทางออกสายเฉพาะการใช้งานได้

¹⁾ P ＝ 1 Pt1000 + 3 PTC ²⁾ T ＝ 3 Pt1000 + 3 PTC

1.6.2 การต่อสายแบบพิเศษ

สำหรับมอเตอร์แรงบิด RKI และมอเตอร์แรงบิด RKIB การใช้สายเดี่ยวที่มีฉนวนป้องกันสัญญาณรบกวน อาจเหมาะสมในบางกรณี สายที่เลือกและตำแหน่งของสายสามารถดูได้จากแบบเสนอราคาและแบบส่งมอบ ตลอดจนแผนภาพวงจรเสนอราคา ค่าคุณลักษณะทั่วไปของสายเดี่ยวสามารถดูได้ในตาราง

1.6.3 ทิศทางการหมุนเชิงบวกของมอเตอร์

ทิศทางการหมุนเชิงบวกทางไฟฟ้าสอดคล้องกับสนามหมุนตามเข็มนาฬิกาในมอเตอร์สามเฟสทุกตัว กล่าวคือ แรงดันเฟสถูกเหนี่ยวนำในลำดับ U, V, W มอเตอร์จาก Schaeffler Industrial Drives มีทิศทางการหมุนเชิงบวกพร้อมการเคลื่อนที่ของโรเตอร์ดังต่อไปนี้:

• ทวนเข็มนาฬิกาเมื่อมองด้านที่มีทางออกสายจากด้านบน
• ตามเข็มนาฬิกาเมื่อมองด้านที่หันออกจากทางออกสายจากด้านล่าง

รูปที่ 9: ทิศทางการหมุนเมื่อทางออกสายอยู่ด้านบน ภาพถ่ายมอเตอร์ทำเครื่องหมายทิศทางการหมุนพร้อมการเคลื่อนที่ของโรเตอร์ (ลูกศรสีแดง ทวนเข็มนาฬิกา)

1.6.4 การสับเปลี่ยน

มอเตอร์ซิงโครนัสควรทำงานพร้อมการสับเปลี่ยนเมื่อเป็นไปได้ Schaeffler แนะนำการสับเปลี่ยนที่อ้างอิงจากระบบวัด เนื่องจากได้รับการรองรับโดยเซอร์โวไดรฟ์และชุดควบคุมสมัยใหม่

1.6.5 ความแข็งแรงของฉนวนและปรากฏการณ์แรงดันเกิน

Schaeffler Industrial Drives พัฒนา ออกแบบ และผลิตมอเตอร์ตามข้อกำหนดต่อไปนี้: 2014/35/EU อุปกรณ์ไฟฟ้าสำหรับใช้งานภายในขีดจำกัดแรงดันบางช่วง มอเตอร์เป็นไปตามข้อกำหนดต่อไปนี้: 2014/30/EU ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า มอเตอร์มีไว้สำหรับการใช้งานตามที่ตั้งใจในระบบ PDS (power drive system) ตามมาตรฐาน DIN EN 61800-5-1

ระบบฉนวนของมอเตอร์ได้รับการออกแบบให้อยู่ในหมวดแรงดันเกินระดับ III และปรับให้เหมาะที่สุดเพื่ออายุการใช้งานสูงสุด ความแข็งแรงไดอิเล็กทริกของระบบฉนวนได้รับการตรวจสอบก่อนการจัดส่ง วิธีการทดสอบสมัยใหม่ เช่น การวัดแรงดันเริ่มต้นการคายประจุบางส่วน (partial discharge inception voltage) ช่วยให้มั่นใจถึงอายุการใช้งานและสมรรถนะของมอเตอร์ในระยะเวลาที่ยาวนาน

เมื่อติดตั้งแล้ว มอเตอร์เป็นส่วนหนึ่งของ PDS ซึ่งประกอบด้วยมอเตอร์ สายมอเตอร์ และชิ้นส่วนคอนเวอร์เตอร์ เช่น โมดูลจ่ายไฟ โมดูลผลิตไฟกลับ (regenerative modules) ชุดควบคุมไดรฟ์ และฟิลเตอร์ ผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์และคาดเดาไม่ได้สามารถเกิดขึ้นภายใน PDS ผู้ผลิตชุดควบคุมมักให้คำแนะนำและข้อมูลการวางแผนโครงการที่ผู้ใช้ควรปฏิบัติตามและยึดถือ การไม่ปฏิบัติตามอาจส่งผลให้ระบบฉนวนของมอเตอร์หรือคอนเวอร์เตอร์ชำรุดก่อนเวลาอันควร

มาตรการต่อไปนี้ช่วยให้การทำงานปลอดภัยยิ่งขึ้น ไม่ว่าจะใช้คอนเวอร์เตอร์ใดก็ตาม:

• การรองรับสายสั้นและการหุ้มฉนวนป้องกันสัญญาณรบกวนแบบพื้นที่กว้าง: สายสั้นและการรองรับ/สัมผัสฉนวนป้องกันสัญญาณรบกวนแบบพื้นที่กว้าง ช่วยหลีกเลี่ยงแรงดันเกินที่เกิดจากการสะท้อนความถี่สูงบนสายมอเตอร์ สายมอเตอร์ที่มีความยาว 10 m หรือมากกว่าระหว่างมอเตอร์กับคอนเวอร์เตอร์จะเพิ่มความน่าจะเป็นของแรงดันเกิน Schaeffler Industrial Drives แนะนำให้วัดแรงดันที่ขั้วต่อมอเตอร์ด้วยเทคโนโลยีไฟฟ้าแรงสูงที่เหมาะสมเมื่อนำเครื่องจักรเข้าใช้งาน
• การเลือกมอเตอร์ที่ถูกต้อง: ต้องเลือกมอเตอร์ตามแรงดันบัส DC ของคอนเวอร์เตอร์ ในกรณีส่วนใหญ่ แรงดันบัส DC คือ 600 V แรงดันบัส DC ที่ต่ำลงจะลดการตอบสนองเชิงพลวัตและความเร็วสูงสุด จำเป็นต้องใช้ระบบฉนวนเสริมความแข็งแรง หากแรงดันบัส DC เป็น 720 V หรือสูงกว่า หรือความสูงในการติดตั้งมากกว่า 2000 m ในกรณีดังกล่าวให้ติดต่อ Schaeffler Industrial Drives มอเตอร์ที่มีค่าความเหนี่ยวนำสูงกว่า 50 mH อย่างมาก โดยวัดจากเฟสถึงเฟส อาจใช้งานได้เฉพาะหลังการตรวจสอบเป็นรายบุคคลโดยผู้ผลิตคอนเวอร์เตอร์และ Schaeffler Industrial Drives เนื่องจากมิฉะนั้นแรงดันกระชาก (voltage spikes) อาจทำให้เกิดการสั่นพ้อง (resonances) ใน PDS (power drive system) และทำให้ระบบฉนวนเสียหาย

ต้องปฏิบัติตามคำแนะนำจากผู้ผลิตคอนเวอร์เตอร์ หากกรณีต่อไปนี้กรณีใดกรณีหนึ่งเกิดขึ้น จะต้องระบุไว้ในคำขอ หรืออีกทางเลือกหนึ่ง สามารถดำเนินการวัดแรงดันพุ่งเกินชั่วครู่ (transient overshoot) ได้ระหว่างการเริ่มเดินเครื่อง ณ สถานที่จริง

• PDS ที่มีโมดูลคอนเวอร์เตอร์แบบหลายแกน หรือแหล่งจ่ายไฟแบบควบคุม: ในกรณีนี้ การสั่นทางไฟฟ้าเทียบกับศักย์ดิน และภาระแรงดันที่เกิดขึ้น สามารถทำให้ระบบฉนวนของมอเตอร์เสียหายได้
• การใช้งานที่เคยเกิดความเสียหายของฉนวนที่รุนแรงกว่าในอดีต
• การใช้งานที่มีมาตรการตอบโต้อยู่แล้ว

สำหรับแรงดันบัส DC 600 V ถึง 720 V แรงดันพุ่งเกินระหว่างเฟสของมอเตอร์ต้องไม่เกิน 1370 V ย่านความต่างพีคถึงพีค (peak-to-peak) ระหว่างเฟสของมอเตอร์ต้องไม่เกิน 2800 V

การสะท้อนของสายและการสั่นทางไฟฟ้าเนื่องจากแหล่งจ่ายไฟแบบควบคุม จะซ้อนทับกันในการวัดระหว่างเฟสของมอเตอร์กับศักย์ดิน ควรพิจารณาเฉพาะย่านพีคถึงพีคในระหว่างการประเมิน ย่านพีคถึงพีคต้องไม่เกิน 2350 V

1.6.6 พฤติกรรมการลัดวงจรในมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

ในกรณีฉุกเฉิน การลัดวงจรของเฟส U, V และ W สามารถชะลอแกนที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์แรงบิดได้ การเบรกฉุกเฉินนี้สร้างกระแสลัดวงจร ขนาดและระยะเวลาของภาระกระแสต้องนำมาพิจารณาในการกำหนดขนาดของ PDS (power drive system) หากกระแสลัดวงจรสูงกว่ากระแสต่อเนื่องแบบระบายความร้อน I_cw ต้องปรึกษา Schaeffler Industrial Drives พฤติกรรมการเบรกของมอเตอร์ถูกคำนวณจากความเร็วและโมเมนต์ความเฉื่อย

1.7 การระบายความร้อนและวงจรระบายความร้อน

1.7.1 การกระจายความร้อน

ชุดประกอบมอเตอร์ถ่ายทอดกำลังสูญเสียที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของมอเตอร์ไปยังเครื่องจักร มาตรการการออกแบบที่นำมาใช้สำหรับการระบายความร้อน การพาความร้อน การนำความร้อน และการแผ่รังสี สามารถใช้เพื่อมีอิทธิพลและควบคุมการกระจายความร้อนของทั้งระบบได้ ความรู้เกี่ยวกับแหล่งความร้อนในมอเตอร์เป็นปัจจัยชี้ขาดสำหรับการออกแบบโครงสร้าง

ที่ความเร็วต่ำ และจึงมีความถี่การเปลี่ยนขั้ว < 100 Hz ความร้อนเกิดขึ้นจากการสูญเสียในทองแดงในขดลวดมอเตอร์เพียงอย่างเดียว ที่ความเร็วสูงขึ้น และจึงมีความถี่การเปลี่ยนขั้ว > 100 Hz การสูญเสียในเหล็กในโรเตอร์และสเตเตอร์ ตลอดจนการสูญเสียในแม่เหล็กในโรเตอร์ก็จะเกิดขึ้นด้วย การสูญเสียในเหล็กไม่ได้เพิ่มขึ้นเชิงเส้นกับความถี่การเปลี่ยนขั้ว และขึ้นอยู่กับมุมการลดสนาม (field weakening angle) และความหนาแน่นกระแส

ความร้อนส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นในการทำงานที่ความถี่การเปลี่ยนขั้ว < 100 Hz สามารถระบายออกได้ผ่านระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวบนพื้นผิวด้านนอกของสเตเตอร์ ระบบระบายความร้อนแบบปลอกหุ้ม (jacket cooling) ที่เรียกกันนี้ ถูกต่อเข้ากับวงจรระบายความร้อนของชุดทำความเย็นซ้ำ (recooler) ปลอกหุ้มระบายความร้อนมักเป็นชิ้นส่วนโครงสร้างของการออกแบบเครื่องจักรเฉพาะของลูกค้า แต่ Schaeffler Industrial Drives ก็สามารถจัดหาให้แยกต่างหากได้เช่นกัน สื่อกลางระบายความร้อนไหลผ่านช่องเปิดในครีบระบายความร้อน — ที่เรียกว่าทางคดเคี้ยวระบายความร้อน (cooling meander) — ข้ามระดับต่าง ๆ จากทางเข้าไปยังทางออก ทางเข้าและทางออกสามารถกำหนดให้กับจุดต่อทั้งสองได้ตามต้องการ พื้นที่การไหลถูกผนึกออกสู่ภายนอกด้วยโอริง (O-rings)

สำหรับเครื่องจักรที่มีความหนาแน่นกำลังสูง ความเร็วสูง และจึงมีความถี่การเปลี่ยนขั้ว > 100 Hz การตอบสนองเชิงพลวัตที่ยอดเยี่ยม หรือความแม่นยำสูง Schaeffler Industrial Drives ยังแนะนำเพิ่มเติมให้ใช้ระบบควบคุมอุณหภูมิ (ทำความร้อนหรือทำความเย็น) สำหรับโครงสร้างโดยรอบหรือโรเตอร์ โดยทั่วไปจะใช้ตัวต่อร่วมแบบหมุน (rotary manifold) เพื่อระบายความร้อนตลับลูกปืนและโรเตอร์ การควบคุมอุณหภูมิของโครงสร้างโดยรอบช่วยลดการบิดเบี้ยวเชิงความร้อนของโครงสร้างเครื่องจักรและผลกระทบต่อแรงอัดล่วงหน้าของตลับลูกปืน จึงเพิ่มความแม่นยำ

แรงบิดต่อเนื่องของมอเตอร์แรงบิดที่มีการระบายความร้อนด้วยของเหลวที่สเตเตอร์ สูงกว่าการทำงานแบบไม่ระบายความร้อนได้ถึง 300 % เพื่อให้ได้แรงบิดต่อเนื่องที่สูง มอเตอร์แรงบิดจึงทำงานพร้อมการระบายความร้อนด้วยของเหลวในการใช้งานส่วนใหญ่

การออกแบบการระบายความร้อนของมอเตอร์ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่อไปนี้:

• พื้นที่ติดตั้ง
• ความต้องการความแม่นยำ
• ความไวเชิงความร้อนของโครงสร้างโดยรอบ
• ความเร็วที่ต้องการ

1.7.2 สื่อกลางระบายความร้อนและผลกระทบต่อการระบายความร้อน

ข้อมูลในข้อมูลสมรรถนะอ้างอิงจากน้ำเป็นสื่อกลางระบายความร้อน อย่างไรก็ตาม น้ำต้องการสารเติมแต่งที่ป้องกันการกัดกร่อนและการสะสมทางชีวภาพในวงจรระบายความร้อน การใช้สื่อกลางระบายความร้อนที่แตกต่างจากน้ำอย่างมาก มีผลทำให้ปริมาณความร้อนที่ระบายออกได้ลดลง และจึงเปลี่ยนแปลงแรงบิดต่อเนื่องแบบระบายความร้อน T_cw ที่มีในการทำงานต่อเนื่องด้วย หากร้องขอ Schaeffler Industrial Drives สามารถช่วยกำหนดขนาดของการใช้งานและกำหนดข้อมูลมอเตอร์ที่ทำได้

สำหรับการกำหนดขนาดด้วยสื่อกลางระบายความร้อนเฉพาะของลูกค้า จำเป็นต้องมีข้อมูลต่อไปนี้:

• ชนิดและความหนาแน่น
• ความจุความร้อนจำเพาะ
• ความหนืดเชิงจลน์
• เอกสารข้อมูลทางเทคนิคพร้อมส่วนประกอบของสาร

หากใช้สื่อกลางระบายความร้อนที่มีความหนืดสูงกว่าน้ำอย่างมีนัยสำคัญ ต้องตรวจสอบผลกระทบต่อการระบายความร้อนก่อนใช้งาน พารามิเตอร์ของมอเตอร์ เช่น I_{cw eff} หรือ T_cw อาจต้องปรับ ต้องใช้ข้อมูลของสื่อกลางที่ใช้ และต้องนำอุณหภูมิที่คาดว่าจะเกิดขึ้นมาพิจารณา

น้ำ

น้ำเป็นสื่อกลางระบายความร้อนที่ใช้กันมากที่สุด น้ำมีความจุความร้อนจำเพาะสูงและราคาถูก น้ำที่มีสารเติมแต่งที่ป้องกันการกัดกร่อนและการสะสมทางชีวภาพ เป็นที่นิยมกว่าสื่อกลางระบายความร้อนอื่นทั้งหมด สารเติมแต่ง เช่น COOL CONCENTRATE หรือ COOL X แทบไม่ส่งผลต่อคุณสมบัติ เช่น ความหนาแน่นและความหนืด น้ำที่มีสารเติมแต่งชนิดใดชนิดหนึ่งเหล่านี้เป็นสื่อกลางระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูงมาก ด้วยความจุความร้อนจำเพาะ 4.1 kJ/kg·K ค่านี้สอดคล้องกับค่าของน้ำโดยประมาณ

¹⁾ ตามมาตรฐาน DIN 1306 เงื่อนไขรอง เช่น ความดันอากาศและความเร่งโน้มถ่วง มีค่า 1 g, ความดัน p_n = 1.01325 bar
²⁾ อุณหภูมิอ้างอิง

ส่วนผสมน้ำ–ไกลคอล

ส่วนผสมของน้ำและไกลคอลมีจุดเยือกแข็งต่ำกว่าน้ำ และป้องกันการกัดกร่อน ส่วนผสมนี้มักใช้สำหรับสภาพแวดล้อมที่เย็นหรือการใช้งานที่ต้องการการป้องกันน้ำแข็ง เนื่องจากความหนืดที่สูงกว่าของส่วนผสมน้ำ–ไกลคอลเมื่อเทียบกับน้ำบริสุทธิ์ จึงมีแรงดันตกในระบบท่อที่สูงกว่า ปั๊มหมุนเวียนต้องส่งความดันที่สูงขึ้นตามไปด้วย

รูปที่ 10: ความสัมพันธ์ของความหนืดเชิงจลน์กับอุณหภูมิ แกนตั้งคือความหนืดเชิงจลน์ (mm²/s) แกนนอนคืออุณหภูมิ (°C) สองเส้นโค้ง: ③＝สื่อกลางระบายความร้อนน้ำ 100% (1.00319572 ที่ 20 °C), ④＝สื่อกลางระบายความร้อน น้ำ 60% + เอทิลีนไกลคอล 40% (2.95 ที่ 20 °C) นิยามสัญลักษณ์: ①＝ความหนืดเชิงจลน์, ②＝อุณหภูมิ

ต้องยึดถือค่าที่แน่นอนสำหรับสื่อกลางระบายความร้อนที่ใช้เสมอ

น้ำมัน

น้ำมันถูกใช้เป็นสื่อกลางระบายความร้อนในการใช้งานอุตสาหกรรมบางประเภท การใช้งานเป็นตัวกำหนดว่าน้ำมันชนิดใดเหมาะสม หากใช้น้ำมัน ต้องบรรลุอัตราการไหลเชิงปริมาตรที่จำเป็นสำหรับการระบายความร้อนเสมอ หากร้องขอ Schaeffler Industrial Drives สามารถช่วยกำหนดขนาดได้ ลูกค้าต้องตรวจสอบความเข้ากันได้ทางเคมีของชิ้นส่วนทั้งหมด

1.7.3 อิทธิพลของข้อมูลพิกัดต่ออุณหภูมิจ่ายและสื่อกลางระบายความร้อน

กระแสต่อเนื่องสำหรับการทำงานแบบระบายความร้อน I_{cw eff} ที่ระบุไว้ อ้างอิงจากอุณหภูมิจ่ายน้ำระบายความร้อนพิกัด ϑ_nf กระแสต่อเนื่อง I_{cw eff} ถูกระบุไว้ในข้อมูลสมรรถนะ

อุณหภูมิจ่ายที่สูงขึ้น ϑ_f ลดความสามารถในการระบายความร้อน และจึงลดกระแสต่อเนื่องด้วย กระแสต่อเนื่องที่ลดลง I_{c red} ถูกคำนวณจากความสัมพันธ์กำลังสองต่อไปนี้:

หากใช้สื่อกลางระบายความร้อนเฉพาะของลูกค้า ปริมาณความร้อนเหลือทิ้งที่ระบายออกได้ และจึงรวมถึงแรงบิดต่อเนื่องแบบระบายความร้อนที่มีในการทำงานต่อเนื่องด้วย จะเปลี่ยนแปลงไป หากร้องขอและระบุคุณสมบัติของสาร วิศวกรจาก Schaeffler Industrial Drives สามารถกำหนดผลกระทบของสื่อกลางระบายความร้อนที่ใช้ได้

รูปที่ 11: กระแสต่อเนื่องสัมพัทธ์ I_{c red} / I_{cw eff} เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิจ่าย ϑ_f (ϑ_nf = +20 °C) แกนตั้งคือกระแสต่อเนื่องสัมพัทธ์ (%) แกนนอนคืออุณหภูมิจ่ายจริง ϑ_f (°C) เส้นโค้งอยู่ที่ 100% สำหรับ +20 °C และลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น นิยามสัญลักษณ์: ①＝กระแสต่อเนื่องสัมพัทธ์ I_{c red} / I_{cw eff} เป็น %, ②＝อุณหภูมิจ่ายจริง ϑ_f, I_{c red}＝กระแสต่อเนื่องที่ลดลง, I_{cw eff}＝กระแสต่อเนื่อง แบบระบายความร้อน, ϑ_nf＝อุณหภูมิจ่ายพิกัด

1.8 การจัดวางมอเตอร์

1.8.1 การใช้งานมอเตอร์หลายตัวขนานกันบนแกนเดียว

การขับเคลื่อนแกนพร้อมกันด้วยมอเตอร์ซิงโครนัส 2 ตัวหรือมากกว่า มีความเหมาะสมในบางการใช้งาน การใช้งานดังกล่าวรวมถึงระบบหมุนแกน (pivot systems) ในศูนย์เครื่องจักรกล 5 แกน หัวกัดแบบส้อม (fork-type milling heads) หรือสปินเดิลเครื่องจักรสำหรับเครื่องกัดฟันเฟือง (hobbing machines) มอเตอร์ซิงโครนัสที่สร้างเหมือนกันซึ่งต่อขนานกัน สามารถใช้งานร่วมกันบนคอนเวอร์เตอร์ตัวเดียวได้ เฉพาะความเร็วต่ำเท่านั้นที่ให้คุณภาพการซิงโครไนซ์ที่น่าพอใจ หากมอเตอร์แรงบิดสองตัวทำงานขนานกันบนแกนเดียว ดังนั้นในทางปฏิบัติ จึงใช้เฉพาะมอเตอร์แรงบิดในซีรีส์ RIB สำหรับการทำงานแบบขนานเท่านั้น มอเตอร์แรงบิดซีรีส์ RIB ช้ากว่ามอเตอร์แรงบิดซีรีส์ RKIB

1.8.2 การจัดวางมอเตอร์

มีการแบ่งความแตกต่างระหว่างการจัดวางแบบแทนเด็ม (tandem) ขนานกัน กับการจัดวางแบบเจนัส (Janus) แบบขนานกลับด้าน กล่าวคือสะท้อนกระจก ของสเตเตอร์

การจัดแนวโรเตอร์

ในการทำงานแบบขนาน โรเตอร์ต้องถูกจัดแนวในตำแหน่งเชิงมุมเดียวกัน ไม่ว่าจะจัดวางแบบใด สามารถใช้เครื่องหมายบนโรเตอร์แต่ละตัวสำหรับการจัดแนวได้

รูปที่ 12: แกนศูนย์และเครื่องหมายหมุนที่จัดแนวกัน ①＝แกนศูนย์, ②＝เครื่องหมายโรเตอร์

การจัดแนวสเตเตอร์

เป้าหมายคือการจัดแนวขดลวดของแต่ละเฟสในตำแหน่งเชิงมุมเดียวกัน สเตเตอร์สามารถจัดแนวได้โดยใช้แกนศูนย์ ในมอเตอร์ RIB มาตรฐานที่มีทางออกสายเดียว แกนศูนย์อยู่ระหว่างรูบนแคลมป์รัดสาย ในกรณีของทางออกสายเฉพาะของลูกค้าหรือทางออกสายหลายจุด ต้องปรึกษา Schaeffler Industrial Drives เพื่อกำหนดแกนศูนย์

การจัดวางแบบแทนเด็ม

ทางออกสายชี้ไปในทิศทางตามแนวยาวเดียวกัน

รูปที่ 13: การจัดวางแบบแทนเด็ม แผนผังของมอเตอร์สองคู่ที่มีทางออกสายชี้ไปในทิศทางตามแนวยาวเดียวกัน

รูปที่ 14: แผนภาพการเดินสายของการจัดวางแบบแทนเด็ม เฟส U, V, W ของคอนเวอร์เตอร์ถูกต่อตามลำดับเข้ากับขั้ว U1/V1/W1 และ U2/V2/W2 ของมอเตอร์ M ทั้งสองตัว (เฟสชื่อเดียวกันต่อร่วมกัน)

แกนศูนย์ของสเตเตอร์ก็ถูกจัดแนวให้ตรงกับทางออกสายด้วย ในกรณีของทางออกสายร่วมแกนแบบเรียบเสมอกัน วงกลมสลักเกลียว (bolt circles) ต้องจัดวางแบบร่วมศูนย์ และจุดต่อเฟสที่มีชื่อเดียวกันต้องเรียงตรงกัน

การจัดวางแบบเจนัส

ทางออกสายชี้ไปในทิศทางตามแนวยาวที่ตรงข้ามกัน

รูปที่ 15: การจัดวางแบบเจนัส แผนผังของมอเตอร์สองคู่ที่มีทางออกสายชี้ไปในทิศทางตามแนวยาวที่ตรงข้ามกัน

รูปที่ 16: แผนภาพการเดินสายของการจัดวางแบบเจนัส เฟส U, V, W ของคอนเวอร์เตอร์ถูกต่อเข้ากับมอเตอร์ M ทั้งสองตัว โดยสลับเฟส V และ W ของมอเตอร์ตัวหนึ่ง เพื่อให้ได้การทำงานแบบสะท้อนกระจก

แกนศูนย์ก็ต้องตรงกันในการจัดวางแบบเจนัสที่สะท้อนกระจกด้วย ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของแกนศูนย์ อาจจำเป็นต้องเลื่อนวงกลมสลักเกลียว มอเตอร์ในการจัดวางแบบสะท้อนกระจกต้องทำงานในทิศทางการหมุนที่ตรงข้ามกัน เพื่อการนี้ เฟส V และ W จึงถูกสลับกันบนมอเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งในสองตัว ผลที่ได้คือ เฟส U1 และ U2, V1 และ W2 และ W1 และ V2 ถูกต่อร่วมกันเข้ากับคอนเวอร์เตอร์

1.9 การใช้งานมอเตอร์หลายตัวขนานกันบนแกนเดียว

1.9.1 การเลื่อนตำแหน่งทางออกสาย

ในทุกการจัดวาง สเตเตอร์และจึงรวมถึงทางออกสาย สามารถบิดเทียบกันได้เป็นขั้น ๆ ที่มีขนาดหนึ่ง โดยเฉพาะในการจัดวางแบบเจนัสที่มีทางออกสายภายใน เป็นไปได้ที่จะออกแบบให้แกนโดยรวมสั้นลงด้วยการบิดสเตเตอร์ ขนาดของขั้นสอดคล้องกับคู่ขั้วหนึ่งคู่ และต้องคูณด้วยตัวประกอบที่เป็นจำนวนเต็ม

มุมบิดถูกคำนวณดังต่อไปนี้:

ในบางซีรีส์ ยังสามารถได้มุมบิดที่เหมาะสมในวงกลมสลักเกลียวด้วย เช่น RIB11-3P-230xH:

1.9.2 การตั้งค่าให้เฟสตรงกัน

ในทุกกรณี ควรตรวจสอบว่ามอเตอร์ที่ขนานกันถูกจัดแนวให้ตรงเฟสกันหรือไม่ หากเฟสไม่ตรงกัน จะเกิดการลดลงของค่าคงที่แรงบิดและประสิทธิภาพที่ขึ้นกับความเร็ว เนื่องจากกระแสลัดวงจรที่ถูกเหนี่ยวนำ

การจัดแนวเฟสทำได้ผ่านการวัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ (back EMF) ของมอเตอร์ ด้วยออสซิลโลสโคปสองช่องสัญญาณ พร้อมการหมุนโรเตอร์ที่ต่อกันไว้ไปพร้อมกัน เพื่อให้ได้การทำงานเชิงสถิตที่ดีของมอเตอร์ที่เชื่อมต่อกัน ความต่างเฟสระหว่างเส้นโค้งทั้งสองต้องไม่เกิน ±5° การปรับเชิงกลของโรเตอร์หรือสเตเตอร์สามารถหักล้างความต่างเฟสทางไฟฟ้าที่มีอยู่ระหว่างมอเตอร์ได้

โดยมีความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้:

เมื่อติดตั้งอย่างถูกต้อง ช่องว่างในข้อต่อสลักเกลียวของวงกลมสลักเกลียวที่สอดคล้องกับชั้นพิกัดความเผื่อระดับกลาง EN 20273 เพียงพอสำหรับการปรับละเอียด หากมีมอเตอร์มากกว่าสองตัวต่อขนานกัน จะกำหนดให้ตัวหนึ่งเป็นตัวหลัก (master) และจึงเป็นจุดอ้างอิงสำหรับการจัดแนวมอเตอร์ที่เหลือทั้งหมด

รูปที่ 17: ความต่างเฟส 22.5° ระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ ออสซิลโลสโคปสองช่องสัญญาณแสดงความต่างเฟสระหว่างเส้นโค้งแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับสองเส้น (Ch1 20 V/div, Ch2 20 V/div)

1.9.3 การประเมินเซ็นเซอร์อุณหภูมิ

การจัดแนวมอเตอร์เทียบกันที่ไม่ถูกต้องหรือไม่แม่นยำ อาจทำให้เกิดการโอเวอร์โหลดเชิงความร้อนของมอเตอร์ เซ็นเซอร์ PTC ที่ติดตั้งอยู่ทำหน้าที่ปกป้องมอเตอร์ เซ็นเซอร์ PTC สำหรับมอเตอร์แต่ละตัวในการจัดวาง ถูกต่ออนุกรมกันและประเมินโดยรีเลย์ป้องกันมอเตอร์แบบเทอร์มิสเตอร์

เพื่อป้องกันการทริปของระบบป้องกันมอเตอร์ก่อนเวลาอันควร Schaeffler Industrial Drives แนะนำให้ใช้รีเลย์ป้องกันมอเตอร์แบบเทอร์มิสเตอร์หลายตัวหรือแบบหลายช่องสัญญาณ ในกรณีที่มีวงจรเฝ้าตรวจ PTC ตั้งแต่สามวงจรขึ้นไป

รูปที่ 18: การต่อเซ็นเซอร์อุณหภูมิสำหรับมอเตอร์หลายตัว PTC (ต่ออนุกรม) ของมอเตอร์ M สองตัว ถูกต่อเข้ากับรีเลย์ป้องกันมอเตอร์ โดยมอเตอร์แต่ละตัวยังมีเซ็นเซอร์ Pt1000 ด้วย (ตัวหนึ่งทำเครื่องหมาย n.c. ไม่ได้ต่อ)

1.9.4 ข้อมูลมอเตอร์ที่ได้

การต่อขนานของมอเตอร์เดี่ยวที่มีโครงสร้างเหมือนกัน ส่งผลให้ได้ข้อมูลทางไฟฟ้าใหม่สำหรับคอนเวอร์เตอร์ในมอเตอร์ทดแทนปัจจุบัน ข้อมูลทางไฟฟ้าเหล่านี้สามารถกำหนดได้ง่ายจากข้อมูลต่อไปนี้สำหรับมอเตอร์เดี่ยว:

• จำนวนคู่ขั้ว ค่าคงที่แรงบิด ค่าคงที่แรงดัน ค่าคงที่เวลา และความเร็ว ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
• กระแส แรงบิด และค่าคงที่การหน่วง คูณด้วยจำนวนมอเตอร์เดี่ยว
• ความต้านทานและความเหนี่ยวนำ หารด้วยจำนวนมอเตอร์เดี่ยว

1.10 การเลือกชุดขับเคลื่อนตรงสำหรับการใช้งานแบบหมุน

1.10.1 การใช้งานแบบวัฏจักร

การทำงานแบบวัฏจักรประกอบด้วยการเคลื่อนที่ปรับตำแหน่งที่ต่อเนื่องกัน โดยมีช่วงหยุดการเคลื่อนที่คั่นระหว่างกลาง การปรับตำแหน่งอย่างง่ายอยู่ในรูปแบบของการเคลื่อนที่ที่มีความเร่งเชิงบวกและการเบรกตามมา หากค่าความเร่งเชิงลบเท่ากัน เวลาเร่งและเวลาเบรกก็จะเท่ากัน ความเร็วเชิงมุมสูงสุด ω_max เกิดขึ้นเมื่อสิ้นสุดช่วงการเร่ง

วัฏจักรหนึ่งถูกอธิบายในไดอะแกรม ω-t ไดอะแกรม ω-t สำหรับการทำงานแบบวัฏจักรแสดงการหมุนไปข้างหน้า/ถอยหลังพร้อมช่วงหยุด

รูปที่ 19: ไดอะแกรม ω-t สำหรับการทำงานแบบวัฏจักร แกนตั้งคือความเร็วเชิงมุม ω แกนนอนคือเวลา t แสดงการหมุนไปข้างหน้า/ถอยหลังพร้อมช่วงหยุด ทำเครื่องหมายเวลาการเคลื่อนที่ t_m, เวลาหยุดพัก t_b และความเร็วเชิงมุมสูงสุด ω_max นิยามสัญลักษณ์: ω＝ความเร็วเชิงมุม, t_m＝เวลาการเคลื่อนที่, ω_max＝ความเร็วเชิงมุมสูงสุด, t＝เวลา, t_b＝เวลาหยุดพัก

ไดอะแกรม α-t สำหรับการทำงานแบบวัฏจักรและเส้นโค้งของแรงบิดที่ต้องใช้สำหรับการเคลื่อนที่ ได้มาจากการหมุนไปข้างหน้า/ถอยหลังพร้อมช่วงหยุด:

การเลือกมอเตอร์ดำเนินการบนพื้นฐานของเกณฑ์สามข้อต่อไปนี้ ตามโปรไฟล์แรงบิดสำหรับวัฏจักรที่ต้องการ:

• แรงบิดสูงสุดในวัฏจักร ≤ T_p ตามข้อมูลสมรรถนะ
• แรงบิดยังผลในวัฏจักร ≤ T_c (มอเตอร์ไม่ระบายความร้อน) หรือ T_cw (ระบายความร้อนด้วยน้ำ) ตามข้อมูลสมรรถนะ
• ความเร็วสูงสุดในวัฏจักร ≤ n_lp ตามข้อมูลสมรรถนะ

รูปที่ 20: ไดอะแกรม α-t สำหรับการทำงานแบบวัฏจักร แกนตั้งคือความเร่งเชิงมุม α และแรงบิด T แกนนอนคือเวลา t แสดงแรงบิดหกขั้น T₁–T₆ นิยามสัญลักษณ์: α＝ความเร่งเชิงมุม, t_m＝เวลาการเคลื่อนที่, ω_max＝ความเร็วเชิงมุมสูงสุด, t＝เวลา, t_b＝เวลาหยุดพัก, T＝แรงบิด, T₁＝แรงบิดขั้นที่ 1 (T₁=T), T₂＝แรงบิดขั้นที่ 2 (T₂=−T), T₃＝แรงบิดขั้นที่ 3 (T₃=0), T₄＝แรงบิดขั้นที่ 4 (T₄=−T), T₅＝แรงบิดขั้นที่ 5 (T₅=T), T₆＝แรงบิดขั้นที่ 6 (T₆=0)

แรงบิดยังผลเท่ากับรากที่สองของค่าเฉลี่ยกำลังสอง (root mean square) ของโปรไฟล์แรงบิดที่ประกอบด้วยแรงบิดหกขั้นในวัฏจักร

เราแนะนำตัวประกอบความปลอดภัย 1.4 สำหรับแรงบิด ตัวประกอบความปลอดภัยนี้คำนึงถึงเงื่อนไขต่าง ๆ เช่น การทำงานของมอเตอร์ในช่วงไม่เชิงเส้นของเส้นโค้งคุณลักษณะแรงบิด–กระแส ซึ่งสมการการคำนวณสำหรับ T_eff ใช้ได้เฉพาะโดยประมาณเท่านั้น

แรงบิดยังผลสามารถคำนวณได้ด้วยแรงบิดต่อไปนี้:

• T₁ = T
• T₂ = −T
• T₃ = 0
• T₄ = −T
• T₅ = T
• T₆ = 0

แรงบิดยังผลสามารถคำนวณได้ด้วยเวลาต่อไปนี้:

• t₁ = t_m/2
• t₂ = t_m/2
• t₃ = t_b
• t₄ = t_m/2
• t₅ = t_m/2
• t₆ = t_b

หากในวัฏจักรมีเฉพาะแรงบิดที่มีขนาดเท่ากันเท่านั้นที่มีผล สมการนี้ใช้กับแรงบิดยังผล (สูตรที่ 9) โมเมนต์ความเฉื่อยเชิงมวลและความเร่งเชิงมุมเป็นค่าคงที่ เวลาการเคลื่อนที่หารด้วยผลรวมของเวลาการเคลื่อนที่และเวลาหยุดพัก อยู่ใต้เครื่องหมายราก เวลาวัฏจักรรวมอยู่ในตัวส่วน

ความเร่งเชิงมุม ความเร็วเชิงมุมสูงสุด และความเร็วรอบสูงสุดของการเคลื่อนที่ปรับตำแหน่ง สามารถคำนวณได้ด้วยสมการต่อไปนี้:

วิธีการคำนวณที่แสดงไว้ที่นี่เป็นแบบอุดมคติและถูกทำให้ง่ายขึ้น ตัวอย่างเช่น การเพิ่มขึ้นของความเร่งเชิงมุมมีค่าสูงเป็นอนันต์ ในทางปฏิบัติ ความเร่งเชิงมุมถูกจำกัดโดยความเหนี่ยวนำของมอเตอร์หรือชิ้นส่วนอื่น ๆ ตัวประกอบความปลอดภัย หรือในกรณีของการเคลื่อนที่ที่มีพลวัตสูง เวลาเพิ่มเติม 15 ms ถึง 20 ms ต่อการปรับตำแหน่งหนึ่งครั้ง ถูกนำมาใช้เพื่อคำนึงถึงผลกระทบเหล่านี้ในการออกแบบ

1.10.2 ตัวอย่างการใช้งานแบบวัฏจักร

การคำนวณ

การแปลงมุมการเคลื่อนที่:

ความเร็วเชิงมุมสูงสุด:

ความเร็วสูงสุด:

ความเร่งเชิงมุม:

เมื่อคำนึงถึงแรงบิดเสียดทานของตลับลูกปืน T_F แรงบิดสูงสุดได้มาดังต่อไปนี้:

แรงบิดยังผล เมื่อคำนึงถึงแรงบิดเสียดทานของตลับลูกปืน T_F:

เมื่อคำนึงถึงตัวประกอบความปลอดภัย SF มอเตอร์ถูกเลือกตามความต้องการต่อไปนี้:

ตัวประกอบความปลอดภัยสำหรับความเร็วจำเป็นเฉพาะเมื่อใช้อินเวอร์เตอร์ความถี่ที่มีแรงดันบัส DC ไม่เสถียรเท่านั้น ในกรณีปัจจุบัน ใช้อินเวอร์เตอร์ความถี่ที่มีแรงดันบัส DC เสถียร U_DCL = 600 V ดังนั้นจึงอนุญาตให้ทำงานโดยไม่มีตัวประกอบความปลอดภัยสำหรับความเร็ว และใช้ n_max ≤ n_lp หาก n_max > n_lp สามารถตรวจสอบจุดทำงาน T_{safe max} ที่ n_max ได้โดยใช้เส้นโค้งคุณลักษณะแรงบิด–ความเร็วที่แรงดันบัส DC ที่สอดคล้องกัน

การคำนวณส่งผลให้ได้ความต้องการมอเตอร์ต่อไปนี้:

โดยไม่มีตัวประกอบความปลอดภัย:

• T_p = 133,68 Nm
• T_cw = 84,48 Nm

พร้อมตัวประกอบความปลอดภัย:

• T_{safe max} = 187,15 Nm
• T_{safe eff} = 118,27 Nm

มอเตอร์ RIB17-3P-168x50-Z0.7 (T_p = 233 Nm, T_cw = 123 Nm, n_lp = 150 min⁻¹) ตอบสนองความต้องการในตัวอย่างการคำนวณได้อย่างครบถ้วน

1.10.3 การใช้งานโต๊ะหมุน NC

สำหรับการใช้งานโต๊ะหมุนแบบระบายความร้อนด้วยน้ำ ความเร็ว n, โมเมนต์ความเฉื่อย J, แรงบิดในการประมวลผลขณะเคลื่อนที่ T_W และแรงบิดหยุดนิ่ง T_sw ตลอดจนความเร่งเชิงมุม α ในการทำงานแบบ S1 และ α_max ในการทำงานแบบ S6 มักเป็นที่ทราบอยู่แล้ว แม้ว่าเวลายังผลของแรงบิดจะเปลี่ยนแปลงบ่อยครั้ง แต่การกำหนดแรงบิดยังผลเป็นแรงบิดต่อเนื่องและแรงบิดสูงสุดให้แม่นยำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ มีความจำเป็นเพื่อเลือกมอเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด และเพื่อป้องกันการเกินอุณหภูมิขดลวดสูงสุดที่ยอมให้ได้

แรงบิดภาระทั้งหมดที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของมอเตอร์ ถูกนำมารวมในการคำนวณแรงบิด

1.10.4 ตัวอย่างการใช้งานโต๊ะหมุน NC

การคำนวณ

การแปลงความเร่งเชิงมุมเป็น rad/s²:

การเลือกมอเตอร์อ้างอิงจากแรงบิดหยุดนิ่งแบบระบายความร้อน T_sw และจากแรงบิดขณะเคลื่อนที่สำหรับการทำงานแบบ S1, T_cw และการทำงานแบบ S6, T_p ตัวประกอบความปลอดภัย SF เท่ากับ 1.4 ช่วยให้มั่นใจว่าสามารถรักษาตำแหน่งได้อย่างเชื่อถือได้ และระบบควบคุมตอบสนองต่อการเบี่ยงเบนได้อย่างปลอดภัย

การคำนวณส่งผลให้ได้ความต้องการต่อไปนี้:

• T_p = 2444 Nm
• T_cw = 1369 Nm

มอเตอร์ RIB13-3P-690×50-Z4.2 (T_p = 3627 Nm, T_cw = 2166 Nm, n_lp = 61 min⁻¹) ตอบสนองความต้องการในตัวอย่างการคำนวณได้อย่างครบถ้วน

การควบคุมความเร็วถูกใช้ในตัวอย่างนี้ โต๊ะหมุน NC ควรเริ่มต้นที่ความเร็วที่กำหนดไว้ก่อน จากนั้นโต๊ะหมุน NC จึงประมวลผลชิ้นงานที่ความเร็วนี้

หากต้องการการปรับตำแหน่งเพิ่มเติม เช่นในกรณีของตัวกลับทิศ (reversers) ที่เรียกกันในการควบคุมตำแหน่ง ความเร็วที่ต้องการที่ T_P ต้องเพิ่มขึ้นด้วยตัวประกอบความปลอดภัย 10 % ถึง 20 % ความเร็วจำกัด n_lp ของมอเตอร์จึงต้องมากกว่าความเร็วที่คำนวณได้พร้อมค่าเพิ่มเติม