Motorstyrning

Ny teknik leder vägen för effektivare motorer och motorstyrning

De är en energikrävande men oumbärlig del av vårt vardagsliv och finns överallt – från små apparater i hemmet, som hushållsutrustning och verktyg, till elbilar och tåg i transportsektorn ända till de största industriella motorerna på oljeplattformar och i processindustri.

Sedan den industriella revolutionen har vi sparat tid och arbete genom att driva praktiskt taget allt som går med motorer. En mängd olika eldrivna apparater har gjort vårt vardagsliv i hemmet lättare och bekvämare liksom våra arbetsplatser effektivare och mer lönsamma. Men till vilket pris?

Energislukande motorer och miljön

I en värld med försvinnande oljetillgångar, och en tid av oro för ekologi och miljö, ställs alla tillverkare av motordrivna produkter inför stora utmaningar. Samtidigt som förnybara energikällor ännu inte utgör några storskaliga alternativ kompliceras problemet i och med en ökande efterfrågan från växande ekonomier i Afrika, Asien och Sydamerika och en snabbt ökande global befolkning.

Regeringar över hela världen har de senaste åren infört allt strängare lagstiftning för att minska energiförbrukningen, och allt tyder på att denna utveckling kommer att fortsätta. Kunder i detaljhandeln har dessutom blivit mycket smartare och letar rutinmässigt efter produkter med låg energiförbrukning, vilket även gäller för kunder inom industrin som vill investera i mer effektiv utrustning.

Effektivare motorstyrning och motorer

Tillverkare av drivkretsar för motorstyrning, kompletta motorstyrningar och elmotorer satsar stort på att öka verkningsgraden i hela drivkedjan. Detta ger ett avsevärt bidrag till energieffektivisering och på sikt minskade utsläpp av växthusgaser.
Genom att säkra distributionsavtal med ledande tillverkare vill RS ge kunderna tillgång till den senaste tekniken inom motorer och motorstyrning.

Se länkar längre ner på sidan till relaterade produktområden.

System för motorstyrning
Diagrammet ovan visar hur ett typiskt system för motorstyrning är uppbyggt beroende på motortyp, tillämpning, styrningens omfattning och eventuell övervakning.

Värt att veta om motorstyring för borstlösa likströmsmotorer (BLDC)

Av Elvir Kahrimanovic, Senior Application System Engineer på Infineon.

Allt fler tillämpningar inom motorstyrning byggs nu kring den borstlösa likströmsmotorer (BLDC), inom allt från sladdlösa kraftverktyg till industriell automation och från elcyklar till fjärrstyrda drönare. Även om BLDC-lösningar kräver mer komplicerad styrelektronik än borstade alternativ så har de här motorerna en mängd driftsfördelar, som högre effektivitet och kraftdensitet. Det gör att mindre, lättare och billigare motorer kan användas. Samtidigt utsätts de för mindre mekaniskt slitage vilket ger bättre tillförlitlighet, längre livslängd och mindre behov av kontinuerligt underhåll. BLDC-motorer drivs dessutom med mindre hörbart och elektriskt buller än borstade motsvarigheter.

BLDC-motorer kallas ibland för ECM-motorer (elektroniskt kommuterade motorer) och har en trefasstator som vrider rotorn via ett elektroniskt styrschema med en trefas inverterarkrets. Den här kretsen växlar kontinuerligt strömmen i statorns lindningar så att de synkroniseras med rotorpositionen, som identifieras via givare eller beräkningar baserade på den elektromotoriska kraften (EMF) vid varje givet ögonblick. Flödet som genereras i statorn interagerar med rotorns flöde, som definierar motorns vridmoment och varvtal.

När ingenjörer ska designa en BLDC-tillämpning kan de välja mellan diskreta komponenter och integrerade halvledare som samlar en mängd viktiga drivnings- och styrfunktioner i en och samma enhet.

Se Infineons utveckingssatser för motorstyrning av likströmsmotorer.

Se mer om andra motortyper längre ner på sidan.

Elmotorer använder magnetism för att skapa rörelse. Det finns två huvudsakliga motorkategorier: växelströms- och likströmsmotorer.

Likströmsmotorn uppfanns först och är fortfarande den enklaste motortypen. Likströmsmotorer drivs genom att ett strömflöde passerar genom en ledare i ett magnetfält och frambringar ett roterande vridmoment. Huvudtyperna av likströmsmotorer är borstad likströmsmotor och borstlös likströmsmotor, där borstade motorer ger mer effekt genom att ansluta en strömkällas motsatta poler för att leverera negativ och positiv laddning till kommutatorn när den kommer i kontakt med borstarna.

Som namnet antyder saknar borstlösa motorer borstar och har i stället permanenta magneter monterade omkring motorn. Detta gör att det inte behövs några kommutatorer, anslutningar eller borstar. Borstade motorer är enkla och har ett lägre pris, men kräver i gengäld mer underhåll eftersom borstarna regelbundet behöver rengöras och bytas ut. Borstlösa motorer är å sin sida generellt mer exakta för användningsområden som kräver kontrollerad positionering och har den ytterligare fördelen att de kräver lite eller inget underhåll. Detta har dock sitt pris, då borstlösa motorer är dyrare att tillverka och kräver en motorstyrning som kan kosta lika mycket som själva motorn.

Växelströmsmotorer kan också delas in i två huvudtyper: asynkron- och synkronmotorer. Därtill kommer en tredje, ovanligare typ: linjära växelströmsmotorer.

På en grundläggande nivå består växelströmsmotorer av två huvudsakliga delar: motorns ytterdel kallas för stator – motorns stationära del – med spolar som matas med växelström för att skapa ett roterande magnetfält. På insidan är rotorn ansluten till en axel som frambringar ett annat roterande magnetfält. Linjära motorer fungerar på ett sätt som liknar roterande motorers, men har rörliga och stationära delar i en rak linje, vilket skapar en linjär rörelse i stället för rotation.

Asynkrona motorer benämns också ibland induktionsmotorer eftersom vridmomentet skapas genom elektromagnetisk induktion. De kallas ibland för ”ekorrburar” (squirrel cage) eller motorer med lindad rotor.

Synkronmotorer skiljer sig från asynkronmotorer genom att de drivs i precis synkronisering med nätfrekvensen. Induktionsmotorer däremot förlitar sig på induktion av ström för att skapa magnetfält och behöver en viss eftersläpning (något långsammare rotation) för att faktiskt generera en ström.