Expert Blog
Over het rendement van aandrijfcomponenten
Dikwijls wordt de vraag gesteld welke motor het hoogste rendement heeft. Met name wanneer het gaat om toepassingen met een beperkte stroomvoorziening, bijvoorbeeld een gereedschap dat door een accu wordt aangedreven of een satelliet die met behulp van zonnepanelen van energie wordt voorzien. Ik denk dat je deze vraag net zo goed met betrekking tot het volledige aandrijfsysteem kunt stellen, m.a.w. met betrekking tot de controller, de motor, overbrenging en andere mechanica. Tabel 1 geeft een ruwe schatting van de typische rendementen van verschillende apparaten die energie omzetten.
We zien dat veel afhangt van hoe het mechanisme is gemaakt. Een hoge wrijving in het mechanische systeem kost veel energie. Een verbetering van het rendement van een aandrijving moet dus altijd bij het mechanische systeem beginnen.
DC-aandrijfsystemen werken vaak op een aanvoer van een vaste spanning. Het is dus niet per se het algemene rendement dat vergroot moet worden. Het rendement is een relatieve parameter die de verliezen per ingangsvermogen aangeeft. Bij een vaste spanning is het echter eerder het stroomverbruik (als absolute parameter) dat verlaagd dient te worden. Indien adequaat van de volledige voedingsspanning gebruikgemaakt wordt, wordt het stroomverbruik gereduceerd en de levensduur van de accu verlengd.
Hieronder volgen enkele regels voor een hoog rendement en een laag stroomverbruik.
Regels voor mechanische transformatie
- Maak gebruik van wrijvingsarme techniek of vermijd het helemaal.
- Gebruik rolwrijving (wrijvingscoëfficiënt < 0,01) in plaats van glijwrijving (typische wrijvingscoëfficiënten 0,1 ... 0,4). Een kogelomloopsysteem heeft bijvoorbeeld een aanzienlijk lagere wrijving dan een draadspil. Een kogelomloopspil is alleen in de meeste gevallen niet zelfborgend; hij moet worden aangedreven om in een stoppositie te blijven. Gelet op de complete werkcyclus bestaan er situaties waarin een acme-schroef in totaal minder energie verbruikt.
Regels voor planetaire en rechte tandwieloverbrengingen
- Gebruik een gering aantal trappen.
- Gebruik kleine overbrengingen met een koppel dat slechts iets hoger ligt dan wat u nodig heeft. Kies geen te grote overbrenging. Het rendement bij lage belasting van de overbrenging is heel slecht.
- Wat betreft het rendement is een grotere motor met directe aandrijving zonder overbrenging vaak beter dan een combinatie van motor en overbrenging. Maar het kan zijn dat de directe aandrijving groter, zwaarder en duurder is.
Het rendement van de overbrenging in verhouding tot het nominale uitgaande koppel (schema). Het rendement is vrijwel constant en hoog zodra de overbrenging redelijk wordt belast.
Regels voor motoren
- Laat de motoren draaien op enkele duizenden rpm.
- Kies geen te grote motor. Laat de motor niet in de buurt van onbelast toerental draaien.
- Wees voorzichtig bij het kiezen van de wikkeling. Gebruik een motor die de spanning het beste benut om de snelheid onder belasting te bereiken; dit is de motor die de laagste stroom nodig heeft.
Regels voor controllers
Hier moet dezelfde regel worden toegepast als die voor overbrengingen. Belast de controllers goed, laat ze niet op te lage stroom lopen. Kies geen controllers met een te hoge stroomsterkte. Pas de grootte van de vermogenstrap op de vereiste motorstroom aan.
En tenslotte
Benut de volledige voedingsspanning goed. Dit vermindert het stroomverbruik en u kunt geld besparen; u heeft een kleinere voeding nodig, een kleinere besturing, minder kabelafscherming ... . Of zoals een collega van mij het uitdrukte: Spanning is gratis - stroom kost geld.
