모터 및 드라이브 시스템 사이징

적절한 크기는 모터 선택의 중요한 측면입니다. . 모터의 크기가 작으면 부하를 제어할 수 없어 오버슈트 및 링잉이 발생합니다.

시스템의 크기를 크게 지정하는 것은 크기를 작게 조정하는 것만큼이나 나쁩니다. 부하를 제어할 수 있지만 가격과 운영 비용 면에서 더 크고 무거울 뿐만 아니라 더 비쌉니다. 물리적으로 적합하지 않을 수 있으며 확실히 더 많은 비용이 들 것입니다. 제어 캐비닛이나 작업 현장에서 더 귀중한 공간을 사용하게 됩니다.

모터를 구입할 때 고려해야 할 사항은 무엇입니까?

너무 자주, 공급업체는 단순히 특정 마력의 모터를 요청하는 전화를 받습니다. 엔지니어는 이전 플랫폼과 동일한 크기의 모터를 구매할 수 있습니다. 그들은 변화를 보상하기 위해 막대한 안전 여유를 추가했을 수 있습니다. 부하 및 관성 대 모터 관성의 비율을 10:1 또는 5:1로 사용했거나 위의 조합을 사용했을 수 있습니다.

목표는 지정된 위치와 원하는 시간에 부하를 배치하는 데 필요한 속도, 가속도 및 토크를 제공하는 모터를 지정하는 것이어야 합니다. 여기에는 모터 2개 모터 변동 또는 기계 작동 조건의 예상 변화를 보상하도록 설계된 안전 여유가 포함될 수 있습니다. 그러나 정보에 입각한 계산에 안전 여유를 추가해야 합니다.

일반적인 실수는 애플리케이션의 최대 토크 요구 사항과 동일한 연속 사용 토크를 가진 모터를 선택하는 것입니다(일반적으로 극단적인 가속/감속 중에 나타납니다). ). 모션 컨트롤 애플리케이션 종종 짧고 빠른 움직임으로 구성됩니다. 이 토크를 지속적으로 생성하도록 정격된 모터를 선택한다는 것은 본질적으로 필요한 것보다 더 많은 모터에 대한 비용을 지불하는 것을 의미합니다.

모터 드라이브 크기 조정

모터의 크기를 효과적으로 조정하려면 부하 관성(JL)을 계산해야 합니다. 모터 관성에 대한 부하 관성의 비율(기본적으로 로터 관성 ) 모터가 부하를 얼마나 효과적으로 제어할 수 있는지 측정합니다. 관성비가 높으면 시스템이 부하를 제어하는 ​​데 어려움이 있음을 나타냅니다. 낮은 관성 비율(예:4:1 또는 1:1)은 모터가 부하를 제어하는 ​​데 매우 효과적인 작업을 수행하지만 시스템에 비해 모터가 너무 클 수 있음을 나타냅니다.

종종 설계자는 실제 부하, 기어박스 및 모터를 포함하지만 벨트, 풀리 및 기타 기계적 요소는 방정식에서 제외합니다. 그들은 다음 주요 크기로 이동하거나 동일한 프레임 크기를 사용하지만 더 많은 토크를 생성하는 프레임을 사용합니다. 여기에서 전체 10% 오버사이즈 접근 방식이 나옵니다.

선택 프로세스에는 데이터 수집과 상세한 분석이 포함됩니다. 기계 시스템, 작동 매개변수 및 장비가 사용되는 상황에 대한 지식이 필요합니다. 운영 환경에 대한 세부 정보도 포함해야 합니다. 초기 단계에서 고려하지 않으면 선택한 시스템이 적합하지 않을 수 있기 때문입니다.

관성 – 가속도의 변화에 ​​저항하는 물체의 경향은 모션 제어의 주요 과제 중 하나입니다. . 모터는 부하의 가속을 변경하고 제어된 방식으로 변경하기 위해 충분한 힘(선형 시스템에서) 또는 토크(회전 시스템에서)를 적용할 수 있어야 합니다.

사이징 절차에서 고려해야 하는 주요 제약 조건은 다음과 같이 요약할 수 있습니다.

• 피크 토크
• RMS 토크
• 최대 속도
• 모터 속도-토크 특성

또한 두 가지 적용 방식을 고려해야 합니다.

• 계속 근무 신청
• 간헐적 근무 신청

이 두 적용 방식의 차이점은 선반으로 설명할 수 있습니다. 선반의 스핀들 드라이브는 일정한 부하에서 일정한 속도로 작동하므로 연속 작업 응용 프로그램입니다. 축 드라이브는 필요한 공구 경로를 따라가는 데 필요한 가속 및 감속으로 인해 간헐적 작업 응용 프로그램입니다.

속도와 모터

로봇 및 공작 기계의 드라이브는 필요한 모션 프로파일을 생성하기 위해 지속적으로 속도를 변경합니다. 기어비의 선택과 모터의 발생 토크와의 관계를 충분히 고려해야 합니다. 부하가 일정한 속도 또는 토크로 작동해야 하는 경우 최적의 기어비가 결정될 수 있습니다. 실제로 고려해야 할 경우에는 외부에서 적용된 부하 토크의 유무와 가변 부하 관성의 영향이 포함됩니다.

부하의 필요한 속도 범위에 대한 지식과 필요한 기어비의 초기 추정을 통해 최대 모터 속도를 추정할 수 있습니다. 모터가 공급 전압의 변동으로 인해 필요한 속도에 도달하지 못하는 것을 방지하려면 필요한 최대 속도를 1.2배 증가시켜야 합니다. 이 요소는 대부분의 산업용 애플리케이션에 적합합니다. , 그러나 예를 들어 항공기 및 연안 석유 플랫폼과 같은 다양한 응용 분야에서 볼 수 있는 제한된 공급에서 시스템을 작동해야 하는 경우와 같이 특수 응용 프로그램을 위해 개선될 수 있습니다.

전압

모터의 피크 속도는 공급 전압에 따라 달라지므로 저전압 기간을 고려해야 합니다. 가이드라인으로 드라이브는 일반적으로 공칭 공급 전압의 80%에서 최고 속도로 작동할 수 있도록 크기가 지정됩니다. 정전이나 정전에 취약한 전원에서 시스템이 공급되는 경우 드라이브, 컨트롤러 및 부하가 손상되지 않도록 상당한 주의를 기울여야 합니다. 이는 마이크로프로세서 시스템에서 특히 심각하며, 적절하게 구성되지 않으면 경고 없이 잠기거나 재설정되어 치명적인 상황을 초래할 수 있습니다.

가속 성능이 모두 중요한 경우 모터 관성을 반영된 부하 관성에 추가해야 하며 이 총 관성을 필요한 속도로 가속하는 데 필요한 토크를 결정해야 합니다. 모터 구동 조합 충분한 토크 성능을 보장하려면 이 값의 최소 1.5~2배의 최대 토크 성능이 필요합니다.

모터-구동 조합의 최대 토크는 예상 마찰 토크 + 가속 토크 + 가속 중에 존재하는 연속 토크 부하의 합을 최소 15%의 안전 여유만큼 초과해야 합니다. 이것이 불가능하면 다른 모터나 기어비가 필요합니다.

고성능 기계에서 최신 자동 튜닝 드라이브는 기계 공진 및 진동을 매우 효과적으로 보상하여 초고속에서도 정확한 성능을 지원합니다. 전자기 호환성은 시스템의 설계 및 적용에 상당한 영향을 미칩니다.

송전 부품

모터의 기계적 요구 사항은 크기 조정 및 선택 절차의 초기 단계에서 식별되어야 합니다. 자주 간과되는 항목에는 기계적 설계로 인한 치수 및 방향 제한이 포함됩니다.

초기 단계에서 이를 식별할 수 있으면 장비를 설치한 후 성능이 만족스럽지 않은 것을 방지할 수 있습니다. 특히, 모터가 수직 위치에 장착된 경우 특수 시밍 또는 베어링 예압이 필요할 수 있습니다.

드라이브 요구 사항을 결정할 때 마찰 토크는 아마도 모터 크기 조정 절차에서 가장 어려운 측면일 것입니다. .

베어링

회전축의 경우 베어링이 가장 널리 사용되는 지지 방법입니다. 다양한 유형을 사용할 수 있으며 그 중 가장 일반적인 것은 롤러 및 볼 베어링입니다.

기어박스

기존의 기어 트레인은 입력과 출력 샤프트 사이의 각속도와 토크를 변경하기 위해 두 개 이상의 기어로 구성됩니다. 기어박스는 관성 관리를 위한 중요한 도구를 제공합니다. 기어박스는 기어비의 제곱만큼 관성을 감소시킵니다. 단점은 기어박스도 모터 속도를 감소한다는 것입니다. . 대부분의 서보 모터는 2000~6000rpm 사이의 속도로 작동하므로 고감속 기어박스와 함께 사용하는 경우에도 유용한 속도로 작동할 수 있습니다.

스퍼 또는 헬리컬 기어휠은 일반적으로 기존 기어 트레인 내에서 사용됩니다. 평기어는 최소한의 축력을 발생시키는 장점이 있어 기어베어링의 움직임 문제를 줄여줍니다.

헬리컬 기어는 동일한 변속비에 대해 평 기어에 비해 더 높은 접촉비를 제공하고 축 기어 하중이 페널티이기 때문에 로봇 시스템에서 널리 사용됩니다.

기어 전달의 제한 요소는 기어 톱니의 강성이며, 이는 개별 기어 간의 백래시 또는 로스트 모션을 최소화하는 것과 함께 응용 분야에 실용적인 가장 큰 직경의 기어 휠을 선택하여 최대화할 수 있습니다.

리드 및 볼스크류

리드 스크류의 경우 스크류와 너트 사이에 직접 접촉이 있어 마찰이 상대적으로 높아 구동이 비효율적입니다. 정밀 응용 분야의 경우 마찰이 적고 동적 응답이 좋은 볼 나사가 사용됩니다.

볼스크류는 원칙적으로 리드스크류와 동일하지만 너트의 나사산에서 선형 볼 베어링을 통해 너트에 동력이 전달됩니다.

벨트 구동

톱니 벨트 또는 체인 드라이브의 사용은 동기를 유지하면서 모터와 부하 사이의 효과적인 동력 전달 방법입니다.

리니어 드라이브 애플리케이션에서 리드 및 볼 스크류에 적용된 동일한 절차를 벨트 드라이브에 적용할 수 있습니다.

모터 크기 조정에 대한 매우 좋은 참조는 다음 웹 사이트에서 찾을 수 있습니다.
http://www.electricmotors.com/sizing.html