יש פה מהנדסי חשמל? יש לי שאלה על מנועים חשמליים

[Night Driver]

אני צריך לבנות תקן עם מהירות משתנה באופן רציף תוך שמירה על המומנט. השאלה היא אם כשאני משנה מהירות למנוע חשמלי (AC או DC. אני יכול לעבוד עם שניהם) מה קורה למומנט שהוא מפיק.

[ALX]

אתה צריך להשתמש בבקר מנוע חכם (נקרא "אינוורטר" בשפה המקצועית) ששולט במהירות המנוע ב-PWM (Pulse Width Modulation), כלומר, שינוי המהירות מתבצע ע"י שליטה בתדירות של הזרם שמסופק למנוע. בצורה זו מאפייני המומנט של המנוע נשמרים קבועים (עם סטייה מסויימת, כמובן) ללא תלות במהירות המנוע.

[Tzvika-Pick]

עד כמה שאני זוכר מתקופת המנועים החשמליים שלי - PWM עובד רק עם מנועי Brushless.

[אביב]

אם תואר המהנדס חשוב לך והנדסאי לא מספק אז זרוק את התשובה לים.

בגדול התשובה היא שמנועי DC עדיפים ליישומים בהם יש צורך לשמור על המומנט בטווח גדול של מהירויות. לעומתם מנועי AC עדיפים כאשר יש צורך בהספקים גבוהים ומחיר זול.

 

תשובתו של אלכס נכונה רק לגבי מנועי DC (לפחות בהזנה ישירה של פולסי ה-PWM). אין הכרח להשתמש בבקר PWM. כל מה שהבקר עושה הוא לשנות את רוחב הפולסים ולפיכך את המתח DC הממוצע שמסופק למנוע. במידה ומדובר בהספקים קטנים ניתן להשתמש גם במייצב מתח משתנה לצורך העניין. PWM בא לפתור את בעיית שינויי המתח בהספקים גבוהים.

 

תוכל לקרוא כאן:

http://www.oddparts.com/acsi/motortut.htm

 

עוד הסבר לגבי בקרת מומנט למנועי AC:

http://www.abb-drives.com/StdDrives/RestrictedPages/Marketing/Documentation/files/PRoducts/DTCTechGuide1.pdf

 

והסברים יותר מעמקים:

http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_motor

 

אם תוכל לציין יותר פרטים לגבי מה המנוע אמור להניע אוכל לכוון אותך יותר.

[Night Driver]

קודם כל תודה על העזרה והקישורים. התואר בכלל לא חשוב לי. גם אנאלפאבית עם ידע בתחום טוב בדיוק כמו פרופסור.

 

מדובר על מנועים שאמורים להפעיל מגופים גדולים כך שאני מדבר על מנועים שיעבדו בטווח של בין 200 ל 1500 סל"ד ובמומנטים של עד 30 NM.

 

כעיקרון מדובר על מפעיל למגוף שיוכל לפתוח או לסגור את המגוף במהירות גבוהה ורק ב 20% האחרונים של המהלך להאט.

[אביב]

הכונה למגופים של מים? אם כן עדיף אוליי להשתמש בברז חשמלי.

 

אם מדובר במגופים של משהו יותר אקסקלוסיבי ואין משהו מוכן שמתאים נשאלת השאלה האם יש חשיבות למהירות הסגירה?

אם לא הפתרון הטרוויאלי ביותר הוא להשתמש במנוע סטנדרטי (קטן יחסית) שיש לו מהירות גבוהה ומומנט קטן ולהעביר אותו דרך תמסורת. יש מנועי סרוו מוכנים למטרות האלו שבאים כבר עם התמסורת.

 

בכלל אני חושב שכדאי שתשקול שימוש בזרוע חשמלית (או פניאומטית אם ניתן). נראה לי שזה הרבה יותר מתאים לשימוש הנ"ל.

[Night Driver]

מדובר במגופים גדולים מאוד בסדר גודל של 3 מטרים על 2 .

 

המנוע הוא חלק אחד מכל מערכת ההפעלה שתהיה מורכבת גם ממפסקי מומנט ומיקום (זוג לפתיחה וזוג לסגירה).

 

למהירות הסגירה יש משמעות כי מצד אחד אם תסגור מהר מידי תקבל גל מים שיוצר הלם בכל המערכת ומהצד השני בסגירה איטית לכל המהלך לוקח קרוב לשעה וחצי סגור מגוף כזה.

 

קיימים מנועים כאלה מייצור שוטף בל עם מהירות קבועה ואני רוצה לבנות משהו עם מהירות משתנה.

[kd2]

שי - אם זה פיתוח שלך או משהו שאתה לא רוצה לגלות אתה יכול רק לשרטט בפשטות את המערכת או החלק וזה יעזור למי שעונה לך.

אני לא מבין בתחום אבל קראתי ואני לא יכול לדמיין את זה ממש.

אם אתה לא מעוניין בעצות לגבי מערכת ההנעה ורק שואל האם יש מנוע כזה או כזה זה משהו אחר.

 

אתה בעצם מעוניין במנוע ש"יודע" להזיז את המערכת במהירות מסויימת ולשמור עליה תוך נפעלת כוח משתנה?

( כמו קרוז קונטרול ברכב למשל? )

[אביב]

שי הצדק עם KD. תפרט האם אתה רוצה עזרה כללית או רק לגבי המנועים והבקרה שלהם. אם כללית כדאי שתפרט ככל שאתה יכול (שרטוטים ותמונות במידת האפשר).

 

לגבי המוצרים הקיימים, אוליי הפתרון הוא לקחת מוצר כזה ולהוסיף לו בקרה אלקטרונית, נראה לי פתרון סביר.

לגבי חיישני מומנט אני לא חושב שיש צורך בכך. ניתן לפתור את הבעיה מכיוון האלקטרוניקה בדומה למה שעושים במרימי חלונות: ע"י מדידת הזרם ניתן לדעת כמה המנוע מתאמץ.

[Night Driver]

הכיוון שלי מבחינת מומנט זה באמת בקרת זרם ומיקום בעזרת אנקודר פשוט.

 

המערכות הקיימות היום בנויות מיחידה אחת כפי שניתן לראות פה http://www.rotork.com/products/iq/index.cfm

 

המערכות הנ"ל עובדות במהירות קבועה ובנויות ממנווע, גיר ובקרה אלקטרונית פנימית. מה שאני מנסה לבנות זו מערכת דומה אבל עם אפשרות לשלוט על מהירות הפעולה. לא מדובר במוצר עם שוק בפני עצמו בגלל שהוא יהיה יקר יותר אבל אני מתכוון לשלב אותו במגופים שאני מייצר. הוא כבר מוגן בפטנט כך שאני לא מפחד לספר מה המוצר.

 

מבחינה מכאנית (גיר, בית, מערכת הפעלה ידנית וכו') אין לי בעיה וגם מבחינ בניית הבקר הדברים ברורים. מה שהיה חשוב לי לדעת זה איך מנוע מתנהג כשמשנים את מהירותו.

[אביב]

אם קיבלת את התשובות תוכל להרחיב מעט למה המגוף משמש?

[Night Driver]

כרגע מדובר על פרוייקט ספציפי של תחנת שאיבה גדולה לביוב. שם יש מגופים בגודל של 2 מטר רוחב ו 3 מטר גובה מהסוג שמופיע בתמונה המצורפת.

 

מגוף כזה במצב רגיל נשלט מלוח בקרה ומופעל אוטומטית. הבעיה מתחילה כשיש תקלה ואז לזמן הסגירה יש משמעות. אם למשל המשאבות כושלות עד שהמגוף ייסגר התחנה תתמלא, תוצף ותגלוש לואדי הסמוך תוך זיהום האיזור ויצירת עבודה מרובה בשאיבת הביוב מהתחנה בעזרת משבה קטנה וניקוי התחנה כדי שבכלל יהיה אפשר לאבחן את סיבת הכשל ולטפל בה.

 

מה שאני רוצה לבנות זה מנוע חשמלי שיוכל לקבל אות חירום מהבקר ולהיסגר במהירות המקסימלית. בנוסף זה יאפשר לי גם פתיחה מהירה וסגירה במהירות משתנה כשרוב המהלך הוא מהי ורק ב20-30% האחרונים של התנועה להאט למהירות שתימנע היווצרות גל מים מאחורי המגוף.

[wil]

תנסה לבדוק מה קורה במנועים של מעליות, במיוחד המהירות יותר.

המנועים האלו מאיצים לינארית פחות או יותר למהירות "שיוט" גבוהה ואז מאיטים, גם כן לינארית, עד למהירות נמוכה שנדרשת לדיוק העצירה בקומה.

 

אפשרות יצירתית נוספת היא אולי (אם נדרשת סגירה מהירה בלבד ולא פתיחה מהירה) לחבר למערכת גלגלת עם משקולת כך שבזמן הפתיחה המנוע מרים את המשקולת (גלומר יידרש מנוע קצת יותר חזק מהמקובל) אבל לצורך סגירה מהירה המשקולת תעזור.

[Night Driver]

הבעיה היא שזה ענף מאוד שמרני. בניתי מערכת בעלת תפקוד כזה שמבוססת על מנוע הידראולי. למרות שהיא חוסכת הרבה כסף כי צריך יחידת כוח אחת לכמות של מנועים ולא צריך למשוך כבלי חשמל למקומות בעייתיים (קורוזיה ונוזלים) קשה מאוד לשכנע מתכננים לאשר משהו שונה ממה שהם מכירים.

[אביב]

אין בעיה לבצע בקרת מהירות ומומנט מהסוג שאתה מבקש.

 

ניתן להתבסס על זמנים בלבד- כלומר מהירות גבוהה לזמן מסויים ונמוכה בהמשך הזמן, עצירה כשהגענו לעומס מסויים. הייתרון- מערכת זולה יותר ללא חיישנים. חיסרון- עם הזמן כשהמגוף יהיה קשר יותר לסגירה הזמנים עלולים להשתנות, כך גם המומנט. אני מניח שבתכנון מושכל ולקיחת רזרבות ניתן להתגבר על זה.

 

אפשרות אחרת יותר יקרה היא להיעזר ב- Limit switch, כאשר המגוף יגיע אליו המהירות תשתנה, ניתן גם חיישני מומנט אבל זה לדעתי מיותר לחלוטין.

 

בקיצור הכל לשיקול המתכנן. באפליקציה זו (לפחות להבנתי) אין חשיבות למהירות ומומנט מדוייקים מאד וקבועים . לכן כדאי לחשוב על מערכת בעלת אימינות גבוהה, עלות נמוכה ונוחות התקנה.

לטעמי לא נדרש מנוע בעל הספק אדיר, אלא מנוע בעל מהירות גבוהה ושימוש בממסרה. לצורך העניין מנוע של מכונת כביסה בעלת שתי מהירויות יכול להיות נהדר. האמת היא שבשביל להשתמש במנוע כזה בכלל לא תצטרך אלקטרוניקה. כשהמגוף יגיע לתחום המתאים יופעל ממסר והמתח ינותב לסליל של המהירות המתאימה.

 

בכל מקרה עוד פתרון כדי להקל את נושא התמסורת הוא אוליי להשתמש בתמסורת זחל במקום בבורג כמו שרואים בתמונה, זה כבר להחלטתך.