Valg af den rigtige motor til din OEM-pumpeløsning

af Brad Blum og John Batts

Masterflex, en del af Avantor, er kendt for sine førsteklasses Masterflex^® motorer og Ismatec^® pumpeteknologier. Mange OEM'er henvender sig til Masterflex' OEM-team, når de har brug for en specialfremstillet pumpe, der skal integreres i det udstyr, de er ved at udvikle. Når du vælger en pumpeløsning, skal du ikke kun overveje, hvilken type pumpe der skal bruges, men også hvilken type motor, der skal bruges. Når du beslutter dig for en motor til din OEM-pumpeløsning, skal du huske på disse mange overvejelser.

Motortyper

Blandt de mange forskellige motortyper, der anvendes i dag, er der fire motorteknologier, der dækker de fleste anvendelser, hver med fordele og begrænsninger, som alle bør overvejes.

Børstet jævnstrømsmotor / Permanent Magnet Direct Current (PMDC-motorer)

Børstede jævnstrøms- og PMDC-motorer er af mange årsager det foretrukne valg til omkostningsfølsomme anvendelser. De indledende omkostninger ved ejerskab er generelt lave. Et stærkt funktionssæt er nyttigt til mange forskellige anvendelser. Disse motorer har interne børster, der omsætter elektrisk strøm til motorbevægelse. Mange motorteknologier kræver brug af en driver til at styre motorens drift. Børstede DC-motorer har ikke nødvendigvis brug for en sådan—især ikke, hvis anvendelsen kun kræver, at motoren skal køre med en fast hastighed. For anvendelser, der kræver en driver til mere avanceret styring, er controlleren til en børstet DC-motor normalt billigere end tilsvarende controllere, der anvendes til andre motorteknologier.

I konstruktionen af en børstet DC-motor indgår slitage af de interne børster, som opstår på grund af to primære faktorer—motorens hastighed og den belastning, som motoren udsættes for. Der er to mulige resultater afhængigt af den anvendte type børstet DC-motor:

• I motorer med ikke udskiftelige børster kan børsternes levetid typisk variere mellem 500 og 4.000 timer, hvor den faktiske levetid afhænger af mange faktorer, hvorefter du skal kassere og udskifte motoren.
• I motorer med udskiftelige børster er der en tendens til, at levetiden er længere. Børsterne på disse motorer kan udskiftes, hvilket sænker de oprindelige vedligeholdelsesomkostninger. På grund af sliddet på kommutatorlamellerne (det, som børsterne gnider mod inde i motoren for at overføre elektrisk strøm til motoren) er der en grænse for, hvor mange gange børsterne kan udskiftes, før hele motorsamlingen skal udskiftes.

Ud over sliddet på børsterne kræver en børstet jævnstrømsmotor også brug af en enkoder, hvis der er behov for en stram regulering af motorens hastighed, hvilket øger de oprindelige omkostninger og udligner en af de vigtigste faktorer ved denne motorteknologi.

Uanset hvilken type børstet DC-motor du vælger, så øger den ekstra vedligeholdelse, der kræves af disse motorer, de samlede ejeromkostninger. Derfor kan fordelene ved børstede DC-motorer bedst udnyttes, når de indarbejdes i anvendelser, der involverer sporadisk brug som f.eks. dispensering.

Børsteløse DC- / BLDC-motorer

Børsteløse DC-motorer adskiller sig fra børstede DC-motorer, da der ikke anvendes interne børster til at føre den strøm, der driver disse enheder. Børsteløse DC-motorer har meget lidt slitage og kræver stort set ingen vedligeholdelse i hele deres levetid, hvilket er langt den største fordel ved at arbejde med denne type motor. Da der ikke er nogen børster involveret i denne motors konstruktion, er der desuden meget lidt partikelgenerering under drift. Dette gør børsteløse DC-motorer til en levedygtig mulighed for medicinsk udstyr og andre lignende anvendelser, som er følsomme over for partikler og snavs.

Den hyppigste fejl opstår i den gearkasse, der er fastgjort til motorens forreste del. Gearkassen reducerer motorens hastighed og øger det drejningsmoment, der leveres til pumpen. Gearene kan slides med tiden.

Uden børster eller kommutatorlameller i samlingen har børsteløse DC-motorer brug for et driverkort, der sørger for den nødvendige elektroniske kommutation for at fungere korrekt. Desværre er driverkort til børsteløse DC-motorer ofte dyrere end driverkort til børstede DC-motorer. Dette øger de indledende omkostninger, når man arbejder med disse motorer. Desuden skal der anvendes en enkoder for at opnå en stram hastighedskontrol, hvilket øger de oprindelige omkostninger yderligere.

På grund af de børsteløse jævnstrømsmotorers design er de perfekte til anvendelser, hvor der er behov for en lang levetid, eller hvor motoren befinder sig på et farligt eller vanskeligt tilgængeligt sted. I disse anvendelser er de oprindelige ejeromkostninger for en børsteløs DC-motor højere, men de samlede levetidsomkostninger for motoren er de laveste, hvilket gør den til en solid løsning.

Stepmotorer

Stepmotorer er en type børsteløs jævnstrømsmotor, men motorens bevægelse styres på en anden måde. En stepmotor fungerer ved at opdele en fuld rotation i et lige stort antal trin. Motoren kan bevæge sig til og holde fast på et bestemt sted i sin rotation via de kontrollerede impulser til interne elektromagneter. Der er ikke behov for en encoder eller lignende feedback-mekanisme. Stepmotorer har også andre fordele, herunder lang levetid, lidt eller ingen slitage og vedligeholdelse, højt startmoment og en samlet pris, som typisk ligger mellem en børste- og børsteløs jævnstrømsmotor.

Der er dog nogle væsentlige begrænsninger, der skal tages i betragtning, når man indarbejder stepmotorer i en anvendelse. En af begrænsningerne er den ændring i det drejningsmoment, som motoren kan levere, når hastigheden ændres. Mens det indledende drejningsmoment er højt, er det tilgængelige drejningsmoment ved højere hastigheder betydeligt lavere, hvilket kan føre til rotationsusikkerhed, herunder blokering.

Desuden kan nogle vigtige håndgribelige virkninger også begrænse brugen af stepmotorer, herunder akustisk støj (de kan ”hvine” i høj tonehøjde), varmeudvikling på grund af den generelle ineffektivitet (hvilket kan kræve ventilation eller andre kølemetoder) og mekaniske vibrationer.

Mens stepmotorer ikke er det mest fordelagtige valg til anvendelser med kontinuerlig drift, er disse motorer et fremragende valg til gentagne og hurtige doseringsanvendelser. De kan modstå hård brug uden behov for regelmæssig vedligeholdelse og har en tæt indbygget positions- og hastighedskontrol.

Skyggepolede AC-motorer

Skyggepolede AC-motorer er en anden populær motormulighed for en begrænset del af kunderne og anvendelser. I fødevare- og drikkevareindustrien, hvor pumperne kører kontinuerligt og hvor både start- og levetidsomkostningerne er faktorer, kan skyggepolede AC-motorer tilbyde nogle betydelige fordele:

• Lave startomkostninger
• Lave ejeromkostninger på grund af stort set ingen vedligeholdelse
• Lang levetid (typisk kun begrænset af gearets levetid, ligesom børsteløse DC-motorer)
• Kan fungere med vekselstrøm
• Lydsvag drift
• Ingen elektromagnetisk interferens (EMI)

Der bør også tages hensyn til begrænsninger i forbindelse med skyggepolede AC-motorer. Den største begrænsning er disse motorers faste hastighed. Skyggepolede AC-motorer er konstrueret til at fungere ved en enkelt hastighed, som bestemmes af det gearforhold, der er indbygget i deres design. Encodere og andre feedback-mekanismer kan ikke anvendes med disse motorer til at sikre korrekt omdrejningshastighed, hvilket kan føre til upræciseringer og variationer i flowet under brug.

Desuden har disse motorer en tendens til at generere betydelig varme, en bivirkning, der kun forværres ved kontinuerlig brug. Typisk skal der indbygges en ventilator i konstruktionen for at sikre realtidskøling af motorsamlingen. Disse motorer er ikke så kraftige som de andre motortyper.

I betragtning af fordelene og begrænsningerne ved disse motorer er den generelle anbefaling at overveje skyggepolede AC-motorer til kontinuerlig brug, som ikke er så følsomme over for små variationer i flowhastigheden. Til andre anvendelser, især til dispensering, vil det være bedre at anvende en af de andre motortyper.

Opsummering

For at visualisere fordelene og begrænsningerne ved hver af disse motortyper kan du gennemgå følgende skema:

Fremragende -------------------------> Dårlig

Hver af de fire motormuligheder, der er behandlet i denne artikel, har fordele og begrænsninger, og der skal tages hensyn til hver motortype, når du vælger den bedste motor til din anvendelse.