Oikean moottorin valitseminen OEM-pumppuratkaisua varten

Brad Blum ja John Batts

Avantor-yhtiöön kuuluva Masterflex on tunnettu korkealaatuisista Masterflex^® ja Ismatec^® -pumpputekniikoista. Monet OEM-valmistajat kääntyvät Masterflexin OEM-tiimin puoleen, kun he tarvitsevat räätälöityä pumppua, joka on integroitu heidän kehittämiinsä laitteisiin. Pumppuratkaisua valittaessa on otettava huomioon pumpun tyylin lisäksi myös moottorin tyyppi. Kun päätät moottorin valinnasta OEM-pumppuratkaisuusi, pidä mielessä nämä lukuisat seikat.

Moottorityypit

Nykyisin käytössä olevissa monissa eri moottorityypeissä on neljä moottoritekniikkaa, jotka kattavat useimmat sovellukset ja joilla kullakin on omat etunsa ja rajoituksensa, jotka kaikki on otettava huomioon.

Harjatut tasavirtamoottorit / kestomagneettiset tasavirtamoottorit (PMDC)

Harjatut tasavirtamoottorit ja PMDC-moottorit ovat yleensä suosituin valinta kustannustehokkaissa sovelluksissa monista syistä. Alkuvaiheen omistuskustannukset ovat yleensä alhaiset. Vahva ominaisuusvalikoima on hyödyllinen monissa eri sovelluksissa. Näissä moottoreissa on sisäiset harjat, jotka muuttavat sähkövirran moottorin liikkeeksi. Monet moottoritekniikat edellyttävät ohjaimen käyttöä moottorin toiminnan ohjaamiseksi. Harjatut tasavirtamoottorit eivät välttämättä tarvitse sellaista – varsinkin jos sovelluksessa moottorin on toimittava vain kiinteällä nopeudella. Sovelluksissa, joissa tarvitaan käyttölaitetta kehittyneempää ohjausta varten, harjattujen tasavirtamoottoreiden ohjain on yleensä edullisempi kuin muiden moottoritekniikoiden kanssa käytettävät vastaavat ohjaimet.

Harjatun tasavirtamoottorin rakenteeseen kuuluu olennaisena osana sisäisten harjojen kuluminen, joka johtuu kahdesta päätekijästä – moottorin nopeudesta ja moottoriin kohdistuvasta kuormituksesta. Kaksi mahdollista lopputulosta riippuu käytetystä harjattujen tasavirtamoottoreiden tyypistä:

• Moottoreissa, joissa on ei-vaihdettavat harjat, harjan käyttöikä voi tyypillisesti vaihdella 500–4 000 tunnin välillä, ja todellinen käyttöikä määräytyy useiden tekijöiden mukaan, minkä jälkeen moottori on hävitettävä ja vaihdettava.
• Moottoreissa, joissa on vaihdettavat harjat, käyttöikä on yleensä pidempi. Näiden moottoreiden harjat voidaan vaihtaa, mikä alentaa alkuperäisiä huoltokustannuksia. Koska kommutaattoriliuskat (joita harjat hankaavat moottorin sisällä siirtääkseen sähkövirtaa moottoriin) kuluvat, harjat voidaan vaihtaa vain rajoitetusti, ennen kuin koko moottorikokoonpano on vaihdettava.

Harjojen kulumisen lisäksi harjattu tasavirtamoottori edellyttää myös kooderin käyttöä, jos tarvitaan moottorin nopeuden tarkkaa säätöä, mikä lisää alkukustannuksia ja kumoaa yhden tämän moottoriteknologian tärkeimmistä tekijöistä.

Riippumatta siitä, minkä tyyppisen harjattujen tasavirtamoottoreiden tyypin valitset, näiden moottoreiden vaatima ylimääräinen huolto lisää kokonaiskustannuksia. Siksi harjattujen tasavirtamoottoreiden edut voidaan parhaiten hyödyntää, kun niitä käytetään satunnaisessa käytössä, kuten annostelussa.

Harjattomat DC- / BLDC-moottorit

Harjattomat tasavirtamoottorit eroavat harjallisista tasavirtamoottoreista, koska niissä ei ole sisäisiä harjoja, jotka kuljettavat virtaa laitteille. Harjattomat tasavirtamoottorit kuluvat hyvin vähän eivätkä ne vaadi käytännössä lainkaan huoltoa koko käyttöikänsä ajan, mikä on ylivoimaisesti suurin etu tämäntyyppisten moottoreiden käytössä. Koska tämän moottorin rakenteessa ei ole harjaksia, hiukkasia syntyy käytön aikana hyvin vähän. Tämä tekee harjattomista tasavirtamoottoreista varteenotettavan vaihtoehdon lääketieteellisiin laitteisiin ja muihin vastaaviin sovelluksiin, jotka ovat herkkiä hiukkasille ja roskille.

Tyypillisin vika ilmenee moottorin etuosaan kiinnitetyssä vaihdelaatikossa. Vaihdelaatikko vähentää moottorin nopeutta ja lisää pumpulle annettavaa vääntömomenttia. Hammaspyörät voivat kulua ajan myötä.

Ilman harjoja tai kommutaattoripalkkeja kokoonpanossa harjaton tasavirtamoottori tarvitsee ohjainlevyn, joka tuottaa tarvittavan elektronisen kommutoinnin toimiakseen oikein. Valitettavasti harjattoman tasavirtamoottorin ohjainlevyt ovat yleensä kalliimpia kuin harjattujen tasavirtamoottoreiden ohjainlevyt. Tämä lisää alkukustannuksia näiden moottoreiden kanssa työskenneltäessä. Lisäksi tiukkaa nopeuden säätöä varten on käytettävä kooderia, mikä lisää entisestään alkukustannuksia.

Harjaton tasavirtamoottorirakenne tekee niistä täydellisiä sovelluksiin, joissa tarvitaan pitkää käyttöikää tai joissa moottori on vaarallisessa tai vaikeasti saavutettavassa paikassa. Vaikka harjaton tasavirtamoottori on näissä sovelluksissa alun perin kalliimpi, moottorin elinkaaren aikaiset kokonaiskustannukset ovat alhaisimmat, joten se on hyvä vaihtoehto.

Askelmoottorit

Askelmoottorit ovat eräänlaisia harjattomia tasavirtamoottoreita, mutta moottorin liikettä ohjataan eri tavalla. Askelmoottori toimii jakamalla täyden kierroksen yhtä moneksi askeleeksi. Moottori voi liikkua ja pysyä tietyssä kohdassa sisäisten sähkömagneettien ohjattujen pulssien avulla. Enkooderia tai vastaavaa palautemekanismia ei tarvita. Askelmoottoreilla on myös muita etuja, kuten pitkä käyttöikä, vähäinen kuluminen ja huolto, suuri käynnistysmomentti ja kokonaiskustannukset, jotka ovat yleensä harjatun ja harjattoman tasavirtamoottorin väliltä.

Joitakin merkittäviä rajoituksia on kuitenkin otettava huomioon, kun askelmoottoreita sisällytetään sovellukseen. Yksi rajoitus on moottorin tuottaman vääntömomentin muutos nopeuden muuttuessa. Vaikka alkuvääntömomentti on suuri, käytettävissä oleva vääntömomentti suurilla nopeuksilla on huomattavasti pienempi, mikä voi johtaa pyörimisen epätarkkuuksiin, kuten sakkaamiseen.

Lisäksi askelmoottoreiden käyttöä voivat rajoittaa eräät merkittävät konkreettiset vaikutukset, kuten akustinen melu (ne voivat "vinkua" korkealla äänellä), yleisestä tehottomuudesta johtuva lämmöntuotanto (joka voi edellyttää ilmanvaihtoa tai muita jäähdytysmenetelmiä) ja mekaaninen tärinä.

Vaikka askelmoottorit eivät ole suotuisa valinta jatkuvan käytön sovelluksiin, nämä moottorit ovat erinomainen valinta toistuviin ja nopeisiin annostelusovelluksiin. Ne kestävät kovaa käyttöä ilman säännöllistä huoltoa, ja ne tarjoavat tiukan luontaisen asennon- ja nopeudensäädön.

Sulkunapavaihtovirtamoottorit

Sulkunapavaihtovirtamoottorit ovat toinen suosittu moottorivaihtoehto, joka on tarkoitettu rajoitetulle asiakas- ja sovellusjoukolle. Elintarvike- ja juomateollisuudessa, jossa pumppuja käytetään jatkuvasti ja jossa sekä alku- että elinkaarikustannukset ovat tärkeitä tekijöitä, sulkunapavaihtovirtamoottorit voivat tarjota joitakin merkittäviä etuja:

• Alhaiset aloituskustannukset
• Alhaiset käyttökustannukset, koska huoltoa ei tarvita käytännössä lainkaan
• Pitkä käyttöikä (tyypillisesti vain käyttölaitteen käyttöikä rajoittaa, kuten harjaton tasavirtamoottori)
• Toimii verkkovirralla
• Hiljainen käyntiääni
• Ei sähkömagneettisia häiriöitä (EMI)

Myös sulkunapavaihtovirtamoottoreita koskevat rajoitukset tulisi ottaa huomioon. Suurin rajoitus on näiden moottoreiden kiinteänopeuksinen toiminta. Sulkunapavaihtovirtamoottorit on suunniteltu toimimaan yhdellä nopeudella, joka määräytyy niiden suunnittelussa käytetyn välityssuhteen mukaan. Näiden moottoreiden kanssa ei voida käyttää koodereita tai muita palautemekanismeja oikean pyörimisnopeuden varmistamiseksi, mikä voi johtaa virtauksen epätarkkuuteen ja vaihteluun käytön aikana.

Lisäksi nämä moottorit tuottavat yleensä huomattavaa lämpöä, mikä on sivuvaikutus, jota jatkuva käyttö vain pahentaa. Tyypillisesti suunnitteluun on sisällytettävä tuuletin, jotta moottorikokoonpano jäähdytetään reaaliaikaisesti. Nämä moottorit eivät ole yhtä tehokkaita kuin muut moottorityypit.

Kun otetaan huomioon näiden moottoreiden edut ja rajoitukset, yleinen suositus on harkita sulkunapavaihtovirtamoottoreita jatkuvaan käyttöön tarkoitetuissa sovelluksissa, jotka eivät ole yhtä herkkiä virtausnopeuden pienille vaihteluille. Muihin sovelluksiin, erityisesti annosteluun liittyviin sovelluksiin, olisi parempi valinta käyttää jotakin muuta moottorityyppiä.

Yhteenveto

Seuraavassa taulukossa esitetään kunkin moottorityypin edut ja rajoitukset:

Erinomainen -------------------------> Huono

Jokaisella tässä artikkelissa käsitellyllä neljällä moottorivaihtoehdolla on omat etunsa ja rajoituksensa, ja kukin moottorityyppi on otettava huomioon, kun valitaan paras moottori sovellukseen.