Mehatronski sistemi_motorji - lrtme - Univerza v Ljubljani

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Enosmerni motorji
Enosmerni (DC) stroji
Permanentni
magneti
Serijski
komutatorski
Paralelni
komutatorski
Kompaundni
komutatorski
Mehatronika – Vanja Ambrožič
1

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Izmenični motorji
Izmenični
(AC) stroji
Enofazni
Polifazni
Sinhronski
Asinhronski
Sinhronski
Asinhronski
- Cilindrični rotor
- Z zasenčenimi poli S kratkostično kletko
- Izraženi poli
- Histerezni
- Permanentni magneti
- Reluktančni
- S permanentimi magneti Z navitim rotorjem
- Kratkostična kletka
- Deljene faze
- Zagonski kond.
- Zasenčeni poli
- Trajni kond.
- Repulzijski
- Repulz. zagon
- Repulz. indukcijski
- Naviti rotor
Mehatronika – Vanja Ambrožič
2

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Značilne navorne karakteristike bremen
M br
[Nm]
M br = k
P br = M br ω = k ω
ω [rad/s]
Delovni stroji, ki opravljajo dela dviganja, trenja ali preoblikovanja: dvigala, vozila
z majhno hitrostjo, obdelovalni stroji, transportni trakovi, industrijski pogoni z valji.
Mehatronika – Vanja Ambrožič
3

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Značilne navorne karakteristike bremen
M br
[Nm]
M br = k ω 2
P br = M br ω = k ω 3
ω [rad/s]
Zračni ali tekočinski upor: ventilatorji, centrifugalne črpalke, mešalniki, ladijski
vijaki.
Mehatronika – Vanja Ambrožič
4

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Značilne navorne karakteristike bremen
M br
[Nm]
M br = k ω 2 + M 0
P br = M br ω = k ω 3 + M 0 ω
M 0
ω [rad/s]
Trenje + zračni upor: tirna vozila, cestna vozila, transportne naprave.
Mehatronika – Vanja Ambrožič
5

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Značilne navorne karakteristike bremen
M br
[Nm]
M br = k/ω
P br = M br ω = k
v=k 1 ,
F=k 2
M = Fr = Fv/ω = k 2 k 1 /ω = k/ω
Navijalni stroji: navijanje papirja, tekstila, pločevine.
ω [rad/s]
Mehatronika – Vanja Ambrožič
6

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Značilne navorne karakteristike električnih motorjev
M el
[Nm]
Karakteristike veljajo za stacionarno
stanje ter ob konstantni (amplitudi)
napetosti ter konstantni frekvenci
(pri izmeničnih strojih)
Sinhronska karakteristika: sinhronski stroji.
ω [rad/s]
Mehatronika – Vanja Ambrožič
7

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Značilne navorne karakteristike električnih motorjev
M el
[Nm]
ω [rad/s]
Trda karakteristika: asinhronski stroji, komutatorski stroji z vzporednim vzbujanjem
Mehatronika – Vanja Ambrožič
8

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Značilne navorne karakteristike električnih motorjev
M el
[Nm]
ω [rad/s]
Mehka karakteristika: komutatorski stroji z zaporednim vzbujanjem
Mehatronika – Vanja Ambrožič
9

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Dinamično stanje (ω = var. → α ≠ 0, Md ≠ 0)
M
el
=
M
br
+
M
d
dω
J
dt
⎛
⎜
⎝
M d
2
dω d ε ⎞
= Jα = J = J
⎟
2
dt dt ⎠
Stacionarno stanje (ω = const. → α = 0, Md = 0)
M = M
el br
Mehatronika – Vanja Ambrožič
10

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
M
[Nm]
Mel = Mbr
stacionarno stanje
Mbr
Mel
ω [rad/s]
Mehatronika – Vanja Ambrožič
11

Sila na aktivni vodnik v magnetnem polju
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
(
) F = l × B i
Mehatronika – Vanja Ambrožič
12

Komutatorski motorji
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
M
el
= 2⋅
= 2
( r × F ) = 2⋅( r × ( l × B)
i
) = 2⋅( l ( r ⋅ B)
−B( r ⋅l
))
⎛ Φ ⎞ ⎛ Φ ⎞
( l ( rB cosθ
)) i = 2l
l⎜r
⎟i
cosθ
= 2l
l⎜r
⎟i
cosυ
= l Φi
cosθ.
en
⎝
A ⎠
en
⎜
⎝
i =
0
2rl
⎟
⎠
en
υ
l
r
Mehatronika – Vanja Ambrožič
13

Komutatorski motorji
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Mehatronika – Vanja Ambrožič
14

Komutatorski motorji
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
M el M el M el
Mehatronika – Vanja Ambrožič
15

Enosmerni komutatorski motorji
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
R a
L a
i a
u a ψ
S N vz
e
EM
di
a
ua= Ri
a a+ La
+ e
e=
kψ ω
e
vz
M = k ψ i
el M vz a
dt
dω J = Mel
− M
dt
br
Mehatronika – Vanja Ambrožič
16

Enosmerni komutatorski motorji
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
=
+
1
k
T -1
1
i a
+
1
J -1 1
c M
M br
u a T a
M el Jα
+
_
k
T
R a
-1
dy ( t)
T + yt = kxt ⋅
dt
x
( ) ( )
y'
y
α ω ε
e
c e
Mehatronika – Vanja Ambrožič
17

Enosmerni komutatorski motorji - regulacija
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
ω *
+ _
regulator
momenta
M el
*
REGULACIJSKO
VEZJE
i a
*
regulator
+ _ toka +
_
regulator
napetosti
u a
*
MOČNOSTNI
VEZJI
usmernik/
presmernik
MOTOR
e
_ M br
_
u a
+
i a M el dinamika α, ω, ε
i a = f(u a )
pogona
u vz ψ vz
M el = f(ψ vz , i a )
filter
k e,M
ω
ψ vz * = f(ω)
+
_
regulator
fluksa
u vz
*
usmernik/
presmernik
ψ vz , i vz =
f(u vz )
ω
Mehatronika – Vanja Ambrožič
18

Koračni motorji
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
-Trajni magnet na rotorju
-Navitja (lahko različno število, npr. 3) na
statorju
-Navitja napajamo z bipolarnimi
enosmernimi napetostmi (pošiljamo tokove)
Mehatronika – Vanja Ambrožič
19

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Koračni motorji
tok navitja
negativna
smer vrtenja
tok navitja
pozitivna smer
vrtenja
Oblike tokov pri koračnem motorju
Mehatronika – Vanja Ambrožič
20

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Koračni motorji
Mehatronika – Vanja Ambrožič
21

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Brezkrtačni enosmerni motor (BLDC)
Mehatronika – Vanja Ambrožič
22

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Brezkrtačni enosmerni motor (BLDC)
Mehatronika – Vanja Ambrožič
23

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Brezkrtačni enosmerni in izmenični motor (BLDC in BLAC)
Mehatronika – Vanja Ambrožič
24

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Asinhronski motorji
pretvornik
omrežje
R
S
3 ∼
L
C
R
T
T 1 D 1 T 2 D 2 T 3 D 3
T 4 D 4 T 5 D 5 T 6 D 6
T
=
µ P
PWM/
čas.dis.
T 1 ... T 6
i S1
i S2
motor
i S3
RAM
DIO
EPROM
ser. vm.
D
A
ovred.
ω in ε
2
3
TD
dajalnik hitrosti oz. pozicije
procesni mikroračunalnik
Mehatronika – Vanja Ambrožič
25