2006. Elektrotechnika Dr. Hodossy László 13. előadás
2006.
Elektrotechnika
Dr. Hodossy László
13. előadás
2
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Szervomotorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
Vezérlő és szabályozó rendszerekben pozícionálási célra alkalmazzákA működtető energia szerint léteznek
•villamos•pneumatikus és•hidraulikus szervomotorok
A szervomotorokkal szemben támasztott követelmények:•Folyamatos fordulatszám változtatása tág határok között•Gyors és egyszerű forgásirányváltás•Gyors működés más szavakkal nagy indítónyomaték •Stabil működés a fordulatszám-nyomaték jelleggörbe alapján
A fenti követelményeket kielégíti: •külső gerjesztésű egyenáramú motor és a •kétfázisú aszinkron motor
3
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Egyenáramú szervomotorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
MIUIkMkUU
RIUUáll
ab
a
bi
aabk
.
bmxykU
kIR
kU kaab
Fordulatszám változtatása az armatúra kapocsfeszültséggel
„k” a motorállandó
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
4
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Egyenáramú szervomotorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
Fordulatszám változtatása az armatúra kapocsfeszültséggel
http://www.freeweb.hu/zetadesign/elektro/clip_image022_0001.jpg
statikus jelleggörbék
Egy adott fordulatszámról egy másik fordulatszámra történő „átállás” időfüggvénye lengés nélkül:
)1()( / MTtm et
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
5
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Egyenáramú szervomotorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
2kRT a
M
a
aV R
LT
elektromechanikai időállandó
villamos időállandó
Az 1. jelleggörbe esetén
VM TT 4A 2. jelleggörbe esetén
VM TT 4A 3. jelleggörbe esetén
VM TT 4
TM szerepe meghatározókis átmérő – hosszú forgórész („hurkaszerű” kialakítás)nagy átmérő – rövid forgórész („tárcsaszerű” kialakítás)
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
6
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Egyenáramú szervomotorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
Korlátozási tényezők az egyenáramú szervomotorok használatánál:
;2RIP
hőmérsékleti korlát, általában 150ºC-ot nem szabad túllépnifordulatszám korlát a kommutáló szegmensek között megengedhető maximális feszültség miatt terhelőnyomatéki korlát a lemágnesező hatás miatt kommutációs határ, a csúszóérintkezőkön átvihető legnagyobb teljesítménykorlát miatt
max
pulzusM
maxP
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
7
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Váltakozóáramú szervomotorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
•Rövidrezárt forgórészű, kétfázisú aszinkron motorok•Állórészen kétfázisú tekercselés egymáshoz képest 90º-kal van eltolva•serleges, azaz pohárszerű kialakítású forgórész
Az Uv vezérlőfeszültség nagyságának és fázisának változtatásával biztosítható a fordulatszámváltoztatás és a forgásirányváltásSzervomotorok hátránya: A működés során nem ismeretes a forgórész helyzete, ezértrezolvert vagy szöghelyzetadót kell használni
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
8
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Léptetőmotorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
Elektromechanikus átalakítók, villamos impulzusokat alakítanak át szögelfordulássá
n =60x impulzusfrekvencia / fordulatonkénti lépések számaA léptetőmotorokat pozícionálási célokra használjákSokféle kivitel: állandó mágneses, lágymágneses armatúrájú és hibrid típusok A forgórész lehet 1 vagy több póluspárú, szimmetrikus vagy ún. csőrös
Leggyakrabban előforduló típusok:•állandó mágneses (van tartónyomatéka)•változó reluktanciájú (nincs tartónyomatéka)•hibrid léptetőmotorok (van tartónyomatéka), legelterjedtebb típus
A léptetőmotor tengelye diszkrét módon, egyes lépéseket megtéve forog. A tengely egy körülfordulása pontosan meghatározott számú, egyes lépések megtételét jelenti, a lépésszám függ a motor felépítésétől
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
9
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Léptetőmotorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
Az állórészen 3 fázisú és 6 pólusú, míg a forgórészen 4 pólusú kialakítás
A motor jellemzője a lépésszög mZr 2
Tipikus lépésszögek: 1,8º, 2,5º, 7,5º, 15º, 18º, 30º, 39º, stb.
A léptetőmotor működtetéséhez vezérlő elektronika kell
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
10
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Léptetőmotorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
Léptetőmotorok vezérlése:1. Unipoláris vezérlés
2. Bipoláris vezérlés
A lépésszög értéke a lépésfelezés módszerével tovább csökkenthető
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
11
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Léptetőmotorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
Léptetőmotorok statikus jelleggörbéje
A frekvenciaváltoztatás időfüggése
tgy: gyorsítási időtu: állandó frekvenciájú üzemelési időtl : lassítási idő
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
12
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Léptetőmotorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
Egy léptető impulzus hatására bekövetkező forgórész elfordulás időfüggése
tp t
θp
δ
Statikus nyomatékgörbe Mb: billenőnyomaték b: billenőszög
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
13
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Léptetőmotorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
A léptetőmotorok legfontosabb jellemzői:
•Pontos, lépésszerű pozícionálás előre megadott számú vezérlőimpulzus segítségével. A pozícionáláshoz nincs szükség érzékelőre, szabályozóra
•Nagy nyomaték kis szögsebességnél, még egyes lépések esetén is.
•Nyugalmi helyzetben, gerjesztett állapotban nagy tartónyomaték, ami önzáró viselkedést eredményez
•Digitális vezérléshez közvetlenül csatlakoztatható
•Frekvenciaváltozás sebességére ügyelni kell, az irányítástechnikailag nyílt hurok miatt a lépéstévesztés rejtve maradhat
•Bizonyos esetekben lengésre hajlamos
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
14
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Lineáris motorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
• Egyenesvonalú haladó mozgatáshoz lineáris motor célszerű• Lineáris aszinkron motor a legszélesebb körben használt lineáris motor• 3 sztátor tekercs egymás mellett elhelyezve + háromfázisú feszültség =
egyenes vonal mentén haladó mágneses tér• lapos fémlemez a sztátor közelében: feszültség és áram a fémlemezben
mozgató erő hat a fémlemezre • kétféle változat: rövid primerű és rövid szekunderű kialakítás• két fontos eltérés a hengeres változatútól:
1. nagyobb a légrés, s ezért jóval nagyobb a mágnesező áram: teljesítménytényező és a hatásfok alacsony értékű
2. a primer rész végénél a mágneses tér erősen lecsökken: a szekunderben tranziens áramok: csökken a tolóerő és nő a veszteség
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
15
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Lineáris motorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
Rövid primerű lineáris aszinkron motor: kétoldalas vagy egyoldalas tekercsű
Kétoldalas tekercsű változat: nincs oldalirányú erő a primer és szekunder rész közöttEgyoldalas elrendezés: van oldalirányú erő
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
16
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Lineáris motorok
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
Rövid szekunderű lineáris aszinkron motor
Tekercsek vonalas elrendezése + háromfázisú feszültség = mágneses folyam” → a fémlemez elmozdul
A fémlemezt mágneses úton a primer felett lebegtetve → súrlódásmentes mozgatás: japán és német kísérleti gyorsvasút
Primer tekercseket frekvenciaváltón keresztül táplálják
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
17
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Kefenélküli motorok (EC motorok)
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
• Egyenáramú gépek: A kommutátor a kefékkel együtt egy mechanikus egyenirányító
• Teljesítményelektronikai eszközök alkalmazása a kommutátor és kefék helyett = kefenélküli egyenáramú motor (elektronikus kommutációjú motor)
• Forgórészen állandó mágnes, állórészen az armatúra tekercsek• Félvezetős kapcsolók: az armatúra tekercsekre kapcsolják a megfelelő
irányú áramot a forgórész megfelelő helyzetében• Ismerni kell a forgórész pillanatnyi helyzetét• Állórész tekercsekben váltakozóáram: a forgórésszel szinkronforgó
mágneses tér → szinkron gép, de 2 különbség:1. az állórész tekercsek áramai nem szinuszosak 2. frekvencia nem állandó
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
18
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Kefenélküli motorok (EC motorok)
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
Kefenélküli motorok elvi felépítése
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
19
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Kefenélküli motorok (EC motorok)
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
A forgórész helyzetének meghatározása kétféle módon:• Közvetlen helyzetmeghatározás: pl. szögjeladóval, mágneses
érzékelővel (Hall-elemmel)• Közvetett helyzetmeghatározás:
a) „intrusive” módon: pl. kényszerjelekre adott válaszjelekkelb) nem „intrusive” módon: feszültség, áram méréssel és számítással
UH
I B
Hall - cella
UH feszültség nagyságát és irányát a B indukció nagysága és iránya határozza meg
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
20
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Kefenélküli motorok (EC motorok)
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
+Vcc
UH
Hall
Stab.
KimenetiErösitő
Hall integrált áramkörök: jelek a forgórész helyzetéről a kapcsolóelemeket vezérlő rendszer számára
A Hall-IC-k elhelyezése a forgórész alatt
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok
21
SzéchenyiIstvánEgyetem
Különleges gépek
• Kefenélküli motorok (EC motorok)
Elektrotechnika
Villamos gépek
.
..
Közvetett helyzetmeghatározás: nagyfrekvenciás vizsgálójelekre adott válaszjelek kiértékelése → forgórész pozíciója („intrusive” módszer)
Nem „intrusive” módszer: a motor feszültség és áram jeleinek mérése majd számítás → forgórész pozíciója
EC motorok előnyei:•jelleggörbéjük megegyezik a külső gerjesztésű egyenáramú motoréval•üzemük megbízhatóbb •nincs kefeszikrázás•alkalmazásuk rohamosan terjed, például a számítástechnikai eszközök kedvelt motortípusa (pl. merevlemez meghajtók)
Hálózatok analízise 2. Szervomotorok3. Egyenáramú
szervomotorok4. Egyenáramú
szervomotorok5. Egyenáramú
szervomotorok6. Egyenáramú
szervomotorok7. Váltakozóáramú
szervomotorok8. Léptető motorok9. Léptető motorok10. Léptető motorok11. Léptető motorok12. Léptető motorok13. Léptető motorok14. Lineáris motorok15. Lineáris motorok16. Lineáris motorok17. Kefenélküli
motorok18. Kefenélküli
motorok19. Kefenélküli
motorok20. Kefenélküli
motorok21. Kefenélküli
motorok