kr 0,00

      Motorstyring

      Optimale motorvalg er avgjørende for effektiviteten. Denne utgaven setter søkelys på nye produkter og går i dybden på motorstyring. Inkluderer et helt ny fokus på børsteløse likestrømmotorer.

      Rundt 45 % av energiforbruket globalt kommer fra drift av motorer (Verdens energiråd: sammendrag av 2013-rapporten). De er en energikrevende, men viktig del av hverdagen vår og finnes i alt fra små privatboliger, for eksempel som husholdningsapparater og verktøy, til elbiler og tog innen transportsektoren og til de største industrielle motorene for offshore-oljerigger og dammer.

      Helt siden den industrielle revolusjonen har vi redusert nødvendig tid og arbeidskraft ved å drive så mye vi kan med motorer. Utallige elektriske enheter har gjort hjemmene våre enklere og mer praktiske og arbeidsplassene våre mer effektive og lønnsomme. Men til hvilken pris?

      Energislukende motorer og miljøet

      I vår moderne verden preget av minskende fossile brennstoff, og blant bekymring for det økologiske mangfoldet og miljøet, går vareprodusenter som bruker kraft fra motorer, vanskelige tider i møte. Det er en mangel på alternativer fra fornybare energiressurser til storskalaproduksjon, og problemet forverres av en økning i etterspørsel grunnet økonomisk vekst og utvikling i Afrika, Asia og Sør-Amerika, kombinert med en raskt voksende global befolkning.

      I flere år har myndigheter over hele verden implementert stadig mer omfattende lovgivende tiltak for å redusere energiforbruket, og dette ventes å bare øke fremover. I tillegg blir forbrukere i detaljhandel smartere og ser i stadig større grad etter produkter med lavt energiforbruk. Det samme gjelder industrielle kunder som vil investere i mer effektivt utstyr.

      Miniatyrisering av motorer

      I tillegg til minimalisering av energiforbruk må ingeniører også skvise motorer, drivenheter og styreenhetene deres inn i stadig mindre størrelser. En vaskemaskin med større trommelkapasitet er et verdiøkende salgsargument for kunden, men den må fortsatt passe innenfor standardmålene. Med redusert plass til elektroniske komponenter følger utfordringer knyttet til varmestyringen, som igjen utgjør videre designutfordringer for ingeniører. Ytterligere kjølemekanismer øker bare energiforbruket, så selve motorene må utvikles med forbedret effektivitet for å generere mindre varme.

      Motorstyringsarkitektur




      Motorstyringssystemer

      Diagrammet ovenfor viser bestanddelene i et vanlig motorstyringssystem, avhengig av typen motor, bruksområde, styringsnivå og eventuell overvåking som kreves.

      Styringsenhet – vanligvis en mikrokontroller eller DSP. Denne mottar kommandoer, som f.eks. retning, hastighet og moment, som den bruker til å generere ett eller flere signaler for å drive motoren, vanligvis PWM. Styringsenheten kan også motta tilbakekoblinger fra strøm- og posisjonssensorer for å sikre mer nøyaktig styring, motorbeskyttelse og feilsøking.

      Driver – som regel kreves det en driver for å forsterke signalene som genereres av styringsenheten, for å gi nok effekt til motoren.

      Sensorer – shunt- eller hall-effektenhet kan brukes for å måle den faktiske tilførte strømmen og dermed gi tilbakekobling. Faktisk tilbakekobling på motorposisjon kan også gis via en induktiv sensor, hall-effekt-sensor eller koder. Denne tilbakekoblingen kan deretter brukes til å implementere mer sofistikert styring med lukket sløyfe, noe som gir faktisk informasjon rundt motoren for bedre kontroll av utdataene.

      Filtrering – filtrering benyttes vanligvis flere steder i et motorstyringssystem for å undertrykke kilder til elektromagnetisk interferens (EMI). Filtertypene inkluderer ferrittkjerner og induktorer.

      Isolasjon – galvanisk isolering brukes vanligvis til å isolere motorstyringsenheten fra resten av systemet, noe som kan være følsomt overfor transienter og også ha et annerledes jordingspotensial.

      Motorer med åpnet eller lukket sløyfe

      Den enkleste måten å forklare dette på er at et åpent sløyfesystem ikke har tilbakekobling. Motorhastigheten styres til et angitt punkt som kan variere under ulike belastningsforhold.

      Et lukket sløyfesystem har tilbakekobling ved at informasjon returneres til inngangsfasen for at systemet skal kunne justere seg selv. Så når hastigheten er styrt til et angitt punkt og belastningen endrer seg, justerer styreenheten hastigheten tilbake til det angitte punktet. Et godt eksempel på dette er posisjonsmotoren på et teleskop, som konstant justerer seg for å følge de nødvendige koordinatene.

      closed Loop diagram

      Børsteløse likestrømmotorer (BLDC)

      Av Elvir Kahrimanovic, Senior Application System Engineer hos Infineon.

      Et økende antall bevegelsesstyrte enheter, fra trådløse el-verktøy til industriell automasjon og fra elektriske sykler til radiostyrte droner, bygges nå med børsteløse likestrømmotorer (BLDC). Selv om BLDC-løsninger krever mer kompleks drivelektronikk enn alternativer med børster, gir disse motorene deg flere fordeler. Dette inkluderer høyere effektivitet og høyere effekttetthet, noe som igjen gjør det mulig å benytte mindre, lettere og rimeligere motorer. Samtidig er det mindre mekanisk slitasje, med det resultat at du oppnår større pålitelighet og lenger levetid samt eliminerer behovet for konstant vedlikehold. BLDC-motorer generer også mindre hørbar og elektrisk støy enn alternativene med børster.

      En typisk BLDC-motor, som ofte refereres til som en elektronisk kommutert motor (EMC), har en trefaset stator som kontinuerlig dreier rotoren ved hjelp av et elektronisk styreopplegg som benytter en trefaset inverterkrets. Denne kretsen veksler kontinuerlig strømretning i statorvindingene, synkront med rotorposisjonen, som kan fastslås med sensorer eller beregninger basert på den elektromotoriske motspenningen (EMS) på det aktuelle tidspunktet. Fluksen som genereres i statoren interagerer med rotorfluksen, noe som bestemmer dreiemomentet og hastigheten på motoren.

      Under utarbeidelsen av BLDC-utstyr kan teknikere velge mellom å bruke diskrete komponenter eller integrerte halvledere som inkorporerer flere viktige driv- og styrefunksjoner i én enkelt enhet.

      Gå dypere inn i materien i Infineons white paper: Power Loss and Optimised MOSFET Selection in BLDC Motor Inverter Designs som er tilgjengelig via DesignSpark.

      Fortsett å lese for å finne ut mer om andre motortyper – like- eller vekselstrømmotorer med børster.

      Viste BLCD produkter

      Fremhevede produkter for motorstyring

      Konstruere en mer kompakt, pålitelig og effektiv motor ved hjelp av integrerte strømmoduler fra ON Semiconductor.

      Motor Control Featured Brands

      Ytterligere ressurser for motorstyring

      Motortyper

      Elektriske motorer bruker enkelt sagt magnetisme til å skape bevegelse. Det finnes to hovedkategorier av motorer: vekselstrømsmotorer og likestrømsmotorer.

      Likestrømsmotorer var de første som ble oppfunnet, og er fortsatt den enkleste motortypen. Likestrømsmotorer drives ved at elektrisk strøm passerer gjennom et magnetisk felt for å produsere dreiemoment. Hovedtypene av likestrømsmotorer er likestrømsmotor med børster og børsteløs likestrømsmotor, der motorer med børster genererer strøm ved å koble sammen de motsatte polene på en strømkilde for å gi negative og positive ladninger til kommutatoren når den kommer i fysisk kontakt med børstene.

      Slik navnet antyder, er børsteløse motorer uten børster. I stedet er det montert permanente magneter rundt kanten på motoren. Dette fjerner behovet for kommutatorer og koblinger, og ikke minst børster. Motorer med børster er enkle og billige, men krever mer vedlikehold ettersom børstene trenger regelmessig rengjøring og utskiftning. Børsteløse motorer er imidlertid ofte mer nøyaktige for bruksområder som krever mer finjustert posisjonering, og har fordelen av lite eller ingen nødvendig vedlikehold. Dette har sin pris ettersom børsteløse motorer koster mer å produsere og krever en motorstyringsenhet, som kan koste like mye som selve motoren.

      Vekselstrømsmotorer kan også kategoriseres i to hovedtyper: induksjonsmotorer og synkronmotorer samt en tredje, mindre vanlig type – lineære vekselstrømsmotorer.

      På et grunnleggende nivå består vekselstrømsmotorer av to hoveddeler: Utsiden av motoren kalles en stator – den stillestående delen av motoren – som har spoler som tilføres vekselstrøm for å produsere et roterende magnetfelt, og innsiden av motoren, der en rotor er koblet til en aksel som produserer et annet roterende magnetfelt. Lineære motorer er i prinsippet ganske like roterende motorer, men er konfigurert med bevegelige og stillestående deler i en rett linje – noe som i siste instans skaper lineær bevegelse i stedet for rotasjon.

      Induksjonsmotorer kalles dette fordi dreiemomentet genereres ved hjelp av elektromagnetisk induksjon. Disse kalles ofte kortslutningsmotorer eller sleperingsmotorer.

      Synkronmotorer avviker fra induksjonsmotorer i at de fungerer i nøyaktig synkronisering med linjefrekvens. Til forskjell fra induksjonsmotorer bruker de induksjonsstrøm for å produsere magnetfelt og krever noe sluring (litt saktere rotasjoner) for å indusere strøm.

      Hva du skal se etter når du velger motor

      Når du velger motor, er det mange viktige egenskaper å se etter:

      Hastighet: Ved hvilken hastighet trenger du at motoren kjører? Dette bestemmer den nødvendige hastighetsstyringstypen. Trenger du et utvalg av oppstartstider?
      Moment: Er et mål på den roterende dreiekraften, vanligvis målt i Nm (newtonmeter)?
      Integrerte girkasser: Integrerte girkasser arbeider for å redusere hastigheten og øke dreiemomentet.
      Strømkrav: Hvilken nominelle effekt trenger du? Er det til full belastning, normal belastning eller lett belastning?
      Nominell effekt: Vanligvis oppgitt i watt (W) eller hestekrefter (hk). Kontroller verdier for normal drift og overbelastning.
      Forsyning: Kontroller krav til effekttilførsel: spenning og strøm eller spesifikke kontrollere.
      Mekanisk konfigurasjon: Motorstørrelse og dimensjoner bestemmes av bruksområdet enheten er til. Total størrelse, akselstørrelse, monteringspunkter og vekt må alle tas hensyn til.

      Koblinger til motorstyringsprodukter

      © RS Components AS Hvamsvingen 24, 2013 Skjetten, Norge