Érzékelők és beavatkozók DC motorok 1. rész egyetemi docens - 1 -
Főbb típusok: Elektromos motorok Egyenáramú motor DC motor. Kefenélküli egyenáramú motor BLDC motor. Indukciós motor AC motor aszinkron motor. Szinkron motor Állandó mágneses szinkron motor PMS motor Léptető motorok Reluktancia motor Kapcsolt reluktancia motor. - 2 -
A DC-motor DC-motor: egyenfeszültségről működtetett állandó mágneses, kommutátoros motor Állórész (stator) Forgórész (rotor) Állandó mágnes pólusai (állórész) Forgórész vasmag és tekercs Kommutátor (forgórész) Kefék (állórész) Forgórész tengely Egyenfeszültségű táplálás - 3 -
Megjegyzések: A DC-motor Egyenfeszültségről más motorokat is táplálnak ma szinte minden motortípust pl. az AC motort is. Nem csak állandó mágnesű DC motorok léteznek: az állórész is tartalmazhat elektromágnest soros és parallel(sönt) táplálású motorok. Vannak ugyanilyen szerkezetű váltakozó feszültségről táplált motorok (univerzális motorok) pl. hálózati táplálású kézi fúrógép motorja - 4 -
A DC-motor Legfőbb megkülönböztető jegy a kommutáció módja: Mechanikusan kommutált motorok Kommutátor + kefék Alternatív elnevezés: Kefés DC-motor (brushed DC) - 5 -
A DC-motor 2-pólusú forgórész (a gyakorlatban nem használható) - 6 -
A DC motor Történelem: Jedlik Ányos motorja - 7 -
A DC motor A gyakorlatban használható elrendezés: 3-5- (páratlan) pólusú forgórész Vasmag nélküli (coreless) forgórész - 8 -
A DC motor Faulhaber Vasmag nélküli (coreless) motor - 9 -
A DC motor Faulhaber Lapos (flat) coreless motor integrált hajtóművel - 10 -
A DC motor Maxon Vasmag nélküli forgórészes DC motor integrált bolygóműves hajtóművel és inkrementális optikai jeladóval (encoder) - 11 -
A DC motor irányítás Irányítási alapfeladatok: Vezérlések: ablakmozgató, ablaktörlő motor, zármotor központi zárhoz (járműves példák). Fordulatszám-szabályozás fordulatszámmérésen alapuló visszacsatolt irányítás. Hajtás-szabályozás - nyomaték-fordulatszám szabályozás. Szervo-szabályozás szög- vagy pozíció szabályozás. Megjelenési formák: Rotációs és lineáris hajtások és szervók. - 12 -
Mérőeszközök Szögmérés: Abszolút és inkrementális jeladók. Optikai jeladók Mágneses forgó jeladók. Rezolverek. Elektromos eszközök: potenciométerek. Fordulatszám (szögsebesség) jeladók: Mágneses elvű jeladók: tachogenerátor. Időmérésen alapuló eszközök: optikai és mágneses impulzusszámlálók. Inerciális elvű jeladók: giro szenzorok (MEMS). Nyomaték jeladók - 13 -
Mérőeszközök Optikai szögjeladó (encoder): Inkrementális Abszolút - 14 -
Mérőeszközök Rezolver: Forgó transzformátor - 15 -
Mérőeszközök Mágneses abszolút szögjeladó: AMS (Austria) - 16 -
Mérőeszközök Mágneses abszolút szögjeladó: off axis ic-haus (DE) Master track Nonius track A nonius track-en 1-el kevesebb domén Pozíciómérés egy-egy doménen belül 14 bit felbontással A domének sorszáma egyértelműen meghatározható az mért értékekből - 17 -
Nyomatékmérő szenzor: Mérőeszközök - 18 -
A DC motor leírása A motor elektromos egyenlete: k e [V/rad/s] EMF-állandó és k m [Nm/A] nyomatéktényező SI mértékrendszerben azonos v r a forgórész kapocsfeszültsége i r a forgórész árama R r a forgórész villamos ellenállása L r a forgórész induktivitása v e elektromotoros erő indukált feszültség T m a motor által kifejtett nyomaték ω - a motor fordulatszáma (szögsebesség) k m - nyomatéktényező Állandósult állapotban bármiféle súrlódás elhanyagolásával - 19 -
A DC motor leírása Az állandó mágneses DC motorok konstrukciója: Biztosítja, hogy az álló- és forgórész közti légrésben a kialakuló mágneses fluxus szöghelyzettől függetlenül állandó Következmény: léteznek k e, k m konstansok és jó közelítéssel érvényes k e [V/rad/s] EMF-állandó k m [Nm/A] nyomatéktényező SI mértékrendszerben azonosak - 20 -
A DC motor statikus leírása Állandósult állapotban bármiféle súrlódás elhanyagolásával Állandósult állapot: induktív hatás elhanyagolva, a kapocsfeszültség állandó, a motort terhelő nyomaték állandó. - 21 -
A DC motor statikus leírása T m K R m m U A kapocsfeszültséggel paraméterezett egyenes-sereg U nyugalmi nyomaték üresjárási fordulatszám U ω m K m - 22 -
A DC motor statikus leírása Teljesítményviszonyok: P i felvett (villamos) teljesítmény P d ohmos ellenálláson disszipált teljesítmény P o leadott (mechanikai) teljesítmény fordított másodfokú parabola lokális maximuma van Zérushelyei: normál működési tartományának határai (1 síknegyed 1q) - 23 -
A DC motor statikus leírása A maximális teljesítményű pont: Hatásfok: Lineáris összefüggés: maximum a tartomány határán ahol a hatásfok 1. - 24 -
A DC motor statikus leírása Nyomaték Teljesítmény Hatásfok - 25 -
A DC motor statikus leírása A súrlódás figyelembe vétele: statikus és fordulatszámfüggő (viszkózus) súrlódás I 0 nyugalmi áram - 26 - T0 alapnyomaték
A DC motor statikus leírása Teljesítményviszonyok statikus súrlódás esetén: Működési tartomány: Másodfokú parabola maximuma van. - 27 -
A DC motor statikus leírása Hatásfok: Értelmezési tartomány: a,b,c jelölésekkel: 0-tól az üresjárási körfrekvenciáig Van benne az értelmezési tartományban: 1 lokális maximum - 28 -
A DC motor statikus leírása Nyomaték Teljesítmény Hatásfok - 29 -
A DC motor statikus leírása Nyomaték Teljesítmény V r kapocsfeszültségtől való függése Hatásfok - 30 -
A DC motor statikus leírása - 31 -