Välja rätt motor för din OEM-pumplösning

av Brad Blum och John Batts

Masterflex – som är en del av Avantor – är välkänd för sina högkvalitativa Masterflex^® och Ismatec^® -pumptekniker. Många tillverkare av originalutrustning vänder sig till Masterflex OEM-team när de behöver en anpassad pump integrerad i utrustning som de utvecklar. Vad du behöver tänka på när du väljer en pumplösning är inte bara modellen på pumpen utan också typen av motor. När du beslutar dig för vilken motor din OEM-pumplösning ska ha, ta hänsyn till alla nedanstående begrundanden.

Typer av motorer

Av de många olika motortyper som används idag, finns det fyra motortekniker som täcker de flesta tillämpningar, var och en med fördelar och begränsningar, och alla bör uppmärksammas.

Borstade likströmsmotorer DC / DC-permanentmagnetmotorer (PMDC)

Bortstade DC- och PMDC-motorer tenderar att vara favoritval vid kostnadskänslig användning av flera anledningar. Anskaffningskostnaderna är generellt låga. En uppsättning starka egenskaper gör dem användbara för olika tillämpningar. Motorerna har invändiga borstar som överför elektrisk ström till motorrörelsen. Många motortekniker kräver en styrenhet som kontrollerar motorns drift. DC-motorer med borstar behöver nödvändigtvis inte det – särskilt inte om tillämpningen bara kräver att motorn körs med en fast hastighet. För tillämpningar som kräver en styrenhet för att få mer avancerad kontroll, tenderar en sådan styrning för en borstad DC-motor att vara mindre dyr jämfört med liknande styrenheter som används med andra motortekniker.

Slitaget på de invändiga borstarna innefattas i utformningen av en borstad DC-motor. Slitaget är följden av två primära faktorer – motorns hastighet och belastningen som läggs på motorn. Två möjliga utfall beror på typen av borstad DC-motor som används:

• I motorer med borstar som inte går att byta ut, varierar borstarnas livlängd vanligtvis från 500 till 4000 timmar, och den faktiska livslängden avgörs av flera faktorer. Efter livslängdens slut måste du kassera och byta ut motorn.
• I motorer med utbytbara borstar tenderar livslängden att vara längre. Borstarna som kan bytas ut på dessa motorer sänker de initiala underhållskostnaderna. På grund av slitaget på kommutatorlamellerna (som borstarna skavs mot inuti motorn för att överföra elektrisk kraft till motorn), finns det en gräns för hur många gånger du kan byta ut borstarna innan hela motorkonstruktionen måste bytas ut.

Utöver slitaget på borstarna kräver en borstad DC-motor en kodare om inskränkande reglering av motorhastigheten behövs. Det ökar anskaffningskostnaden och kompenserar en av de två primära slitagefaktorerna för denna motorteknik.

Oavsett vilken typ av borstad DC-motor du väljer, ökar det ytterligare underhåll som dessa motorer kräver den totala ägandekostnaden. Därför förverkligas fördelarna med borstade DC-motorer bäst när de införlivas i tillämpningar som innebär sporadisk användning såsom dispensering.

Borstlösa DC- / BLDC -motorer

Borstlösa DC-motorer skiljer sig åt från borstade DC-motorer, eftersom inga invändiga borstar används för att föra över strömmen som driver dessa motorer. Borstlösa DC-motorer utsätts för väldigt lite slitage och kräver praktiskt taget inget underhåll under sin livslängd, som överlägset är den största fördelen med att arbeta med denna typ av motor. På grund av det inte finns några borstar i konstruktionen av motorn innebär det den ytterligare fördelen att det genereras väldigt lite partiklar under drift. Detta gör borstlösa DC-motorer till ett livskraftigt alternativ för medicintekniska produkter och andra liknande tillämpningar som är känsliga för partiklar och skräp.

Det vanligaste felet inträffar i växellådan som är fäst på främre delen av motorn. Växellådan minskar motorhastigheten och ökar vridmomentet som levereras till pumpen. Växlarna kan slitas ut med tiden.

Utan borstar eller kommutatorlameller i motorkonstruktionen, behöver borstlösa DC-motorer en styrpanel för att tillhandahålla den nödvändiga elektroniska kommutering som krävs för att använda dem korrekt. Tyvärr tenderar styrpaneler för borstlösa DC-motorer att vara dyrare än styrpaneler som används med borstade DC-motorer. Detta ökar anskaffningskostnaden om dessa motorer väljs. Dessutom om inskränkande kontroll av hastigheten krävs måste en kodare användas, som ytterligare ökar anskaffningskostnaden.

På grund av borstlösa DC-motorers konstruktion är de perfekta för tillämpningar där en lång livslängd behövs eller där motorerna är placerade på en riskfylld plats eller är svåra att nå. Samtidigt som anskaffningskostnaden är högre om det borstlösa DC-motoralternativet väljs, är den totala livslängskostnaden för ägandet av denna motor lägre, som gör det till ett bra alternativ.

Stegmotorer

Stegmotorer är en typ av borstlös DC-motor, men motorrörelserna kontrolleras annorlunda. En stegmotor fungerar genom att dela upp ett fullt varv i ett antal lika stora steg. Motorn kan röra sig till och hålla ett specifikt steg i sin rotering genom kontrollerade pulser som överförs till invändiga elektromagneter. Ingen kodare eller liknande återkopplingsmekanism behövs. Stegmotorer har även andra fördelar, inklusive lång livslängd, lite till inget slitage eller underhåll, högt startvridmoment och total kostnad, som vanligtvis hamnar någonstans mittemellan kostnaden för en borstad eller borstlös DC-motor.

Vissa väsentliga begränsningar måste dock övervägas om en stegmotor införlivas i en tillämpning. En begränsning är förändringen av vridmoment som kan levereras av motorn när hastigheten ändras. Samtidigt som det inledande vridmomentet är högt, är det tillgängliga vridmomentet vid högre hastigheter avsevärt lägre och kan leda till felaktig rotering inklusive motorstopp.

Dessutom kan även påtagliga effekter som är av stor betydelse begränsa användningen av stegmotorer, inklusive ackustiskt buller (de kan ”vina” vid en hög stigning), generera värme på grund av en övergripande ineffektivitet (vilket kan kräva ventilation eller andra avkylningsmetoder) och generera mekanisk vibration.

Samtidigt som stegmotorer inte är det bästa valet vid tillämpningar med kontinuerlig drift, är dessa motorer ett utmärkt val för tillämpningar med upprepad och snabb dispensering. De kan klara tung drift utan att behöva regelbundet underhåll och har noggrann läges- och hastighetskontroll inbyggd.

Växelströmsdrivna skärmpolsmotorer

Växelströmsdrivna skärmpolsmotorer är ett annat populärt motorval för en begränsad del av kunderna och tillämpningarna. Inom livsmedels- och dryckesindustrin där pumpar körs kontinuerligt och hänsyn tas till både anskaffningskostnader och totala livslängdskostnader, kan växelströmsdrivna skärmpolsmotorer innebära avsevärda fördelar:

• Låg anskaffningskostnad
• Låg ägandekostnad på grund av praktiskt taget inget underhåll
• Lång livslängd (normalt endast begränsad av växlarnas livslängd, så som för bortslösa DC-motorer)
• Drivs med växelström AC
• Tyst drift
• Ingen elektromagnetisk störning (EMI)

Begränsningarna för AC-drivna skärmpolsmotorer bör också begrundas. Den största begränsningen är driften med fast hastighet för dessa motorer. AC-drivna skärmpolsmotorer är utformade att drivas med en enda hastighet, som avgörs av utväxlingsförhållandet som är inbyggt i konstruktionen. Kodare och andra återkopplingsmekanismer kan inte användas med dessa motorer för att säkerställa korrekt varvhastighet. Det kan leda till felaktiga flöden och flödesvariationer under användningen.

Dessutom tenderar dessa motorer att generera avsevärd värme, en bieffekt som bara blev värre vid kontinuerlig användning. Vanligtvis måste en fläkt byggas in i konstruktionen och tillhandahålla avkylning i realtid för denna motoruppsättning. Dessa motorer är inte lika kraftfulla som andra motortyper.

Givet fördelarna och begränsningarna för dessa motorer är den generella rekommendationen att begrunda AC-drivna skärmpolsmotorer för kontinuerliga tillämpningar som inte är känsliga för små variationer av flödeshastigheten. För andra tillämpningar, särskilt de som innefattar dispensering, är det bättre att använda någon av de andra motorerna.

Sammanfattning

För att få en visuell bild av fördelarna och begränsningarna för var och en av dessa motorer, se nedanstående diagram:

Utmärkt -------------------------> Dålig

Vart och ett av de fyra motoralternativen som diskuterats i den här artikel har fördelar och begränsningar och varje motortyp måste begrundas när du väljer den bästa motorn för din tillämpning.