Elektrotechnika 13 előadás Dr Hodossy László 2006
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris Szervo Vezérlő és szabályozó rendszerekben pozícionálási célra alkalmazzák A működtető energia szerint léteznek villamos pneumatikus és hidraulikus A kal 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
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris 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
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris Fordulatszám változtatása az armatúra kapocsfeszültséggel statikus jelleggörbék http://wwwfreewebhu/zetadesign/elektr o/clip_image022_0001jpg Egy adott fordulatszámról egy másik fordulatszámra történő átállás időfüggvénye lengés nélkül: (t ) m (1 et / T ) M 4
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris 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
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris Korlátozási tényezők az egyenáramú 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
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris Rövidrezárt forgórészű, kétfázisú aszinkron 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 Szervo hátránya: A működés során nem ismeretes a forgórész helyzete, ezért rezolvert vagy szöghelyzetadót kell használni 7
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris Léptető Elektromechanikus átalakítók, villamos impulzusokat alakítanak át szögelfordulássá n =60x impulzusfrekvencia / fordulatonkénti lépések száma A léptetőat 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 léptető (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
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris Léptető 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
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris Léptető Léptető vezérlése: 1 Unipoláris vezérlés 2 Bipoláris vezérlés A lépésszög értéke a lépésfelezés módszerével tovább csökkenthető 10
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris Léptető Léptető statikus jelleggörbéje A frekvenciaváltoztatás időfüggése tgy: gyorsítási idő tu: állandó frekvenciájú üzemelési idő tl : lassítási idő 11
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris Léptető Egy léptető impulzus hatására bekövetkező forgórész elfordulás időfüggése δ θp tp Statikus nyomatékgörbe t Mb: billenőnyomaték b: billenőszög 12
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris Léptető A léptető 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
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris Lineáris 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
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris Lineáris 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
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris Lineáris 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
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris (EC ) 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
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris (EC ) elvi felépítése 18
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris (EC ) 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
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris (EC ) 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
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Szervo Lineáris Lineáris Lineáris (EC ) 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 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