Elektrotechnika 13. előadás
Dr. Hodossy László 2006.
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Szervomotorok
Vezérlő és szabályozó rendszerekben pozícionálási célra alkalmazzák A 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
2
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Egyenáramú szervomotorok áll . U k U b I a Ra
U i U b k M k Ia U b I a M U RI U b a a k y mx b k k k „k” a motorállandó Fordulatszám változtatása az armatúra kapocsfeszültséggel 3
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Egyenáramú szervomotorok
Fordulatszám változtatása az armatúra kapocsfeszültséggel statikus jelleggörbék http://www.freeweb.hu/zetadesign/elektr o/clip_image022_0001.jpg
Egy adott fordulatszámról egy másik fordulatszámra történő „átállás” időfüggvénye lengés nélkül:
(t ) m (1 et / T ) M
4
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Egyenáramú szervomotorok Az 1. jelleggörbe esetén
TM 4TV A 2. jelleggörbe esetén
TM 4TV A 3. jelleggörbe esetén
Ra k2 L TV a Ra
TM
elektromechanikai időállandó
TM 4TV
villamos időállandó
TM szerepe meghatározó kis átmérő – hosszú forgórész („hurkaszerű” kialakítás) nagy átmérő – rövid forgórész („tárcsaszerű” kialakítás)
5
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Egyenáramú szervomotorok
Korlátozási tényezők az egyenáramú szervomotorok használatánál:
P I 2 R; max M pulzus
Pmax hőmérsékleti korlát, általában 150ºC-ot nem szabad túllépni fordulatszám korlát a kommutáló szegmensek között megengedhető maximális feszültség miatt terhelőnyomatéki korlát a lemágnesező hatás miatt kommutációs határ, a csúszóérintkezőkön átvihető legnagyobb teljesítménykorlát miatt 6
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Váltakozóáramú szervomotorok
•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 forgásirányváltás Szervomotorok hátránya: A működés során nem ismeretes a forgórész helyzete, ezért rezolvert vagy szöghelyzetadót kell használni
7
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Léptetőmotorok
Elektromechanikus átalakítók, villamos impulzusokat alakítanak át szögelfordulássá n =60x impulzusfrekvencia / fordulatonkénti lépések száma A léptetőmotorokat pozícionálási célokra használják Sokféle 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 8
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Léptetőmotorok
Az állórészen 3 fázisú és 6 pólusú, míg a forgórészen 4 pólusú kialakítás
A motor jellemzője a lépésszög
2 Zr m
Tipikus lépésszögek: 1,8º, 2,5º, 7,5º, 15º, 18º, 30º, 39º, stb. A léptetőmotor működtetéséhez vezérlő elektronika kell 9
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Léptetőmotorok Léptetőmotorok vezérlése: 1. Unipoláris vezérlés
2. Bipoláris vezérlés
A lépésszög értéke a lépésfelezés módszerével tovább csökkenthető 10
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Léptetőmotorok Léptetőmotorok statikus jelleggörbéje
A frekvenciaváltoztatás időfüggése tgy: gyorsítási idő tu: állandó frekvenciájú üzemelési idő tl : lassítási idő 11
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Léptetőmotorok
Egy léptető impulzus hatására bekövetkező forgórész elfordulás időfüggése δ θp
tp
Statikus nyomatékgörbe
t
Mb: billenőnyomaték b: billenőszög 12
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Léptetőmotorok
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 13
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek • • • • • • •
Lineáris motorok 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
14
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Lineáris motorok
Rövid primerű lineáris aszinkron motor: kétoldalas vagy egyoldalas tekercsű
Kétoldalas tekercsű változat: nincs oldalirányú erő a primer és szekunder rész között Egyoldalas elrendezés: van oldalirányú erő 15
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Lineáris motorok 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 16
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Kefenélküli motorok (EC motorok) • • • • • •
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
17
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Kefenélküli motorok (EC motorok) Kefenélküli motorok elvi felépítése
18
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek • • •
Kefenélküli motorok (EC motorok) A forgórész helyzetének meghatározása kétféle módon: Közvetlen helyzetmeghatározás: pl. szögjeladóval, mágneses érzékelővel (Hall-elemmel) Közvetett helyzetmeghatározás: a) „intrusive” módon: pl. kényszerjelekre adott válaszjelekkel b) nem „intrusive” módon: feszültség, áram méréssel és számítással
I
B
UH feszültség nagyságát és irányát a B indukció nagysága és iránya határozza meg UH
Hall - cella
19
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Kefenélküli motorok (EC motorok) Hall integrált áramkörök: jelek a forgórész helyzetéről a kapcsolóelemeket vezérlő rendszer számára Stab.
Hall
+Vcc
Kimeneti Erösitő UH
A Hall-IC-k elhelyezése a forgórész alatt
20
Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. . 9. 10. 11. . 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Léptető motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok Kefenélküli motorok
Villamos gépek
Különleges gépek •
Kefenélküli motorok (EC motorok) 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)
21
