1 Motory s permanentními magnety

Transkript

1 1 Motory s permanentními magnety Obr. 1 Píný ez synchronním motorem s permanentními magnety 1. kw, p=4 Motory s permanentními magnety jsou synchronní motory, které místo budicího vinutí pro vytvoení magnetického toku používají permanentní magnety z moderních materiál na bázi vzácných zemin nap. Sa Co, nebo Nd-Fe-B. Krom podstatného zjednodušení motoru (motor neobsahuje budicí vinutí, kroužky), odpadá zdroj budicího proudu. Motor pracuje s podstatn lepším úiníkem než srovnatelný asynchronní motor, protože neodebírá ze sít magnetizaní proud. Navíc v rotoru nevznikají ztráty ani v budicím vinutí jako u klasického synchronního motoru, ani v rotorové kleci jako u asynchronního motoru. Dsledkem je, že motor o stejném výkonu má podstatn menší rozmry než klasický asynchronní motor a lepší úinnost. Provedení motoru Schématický ez typickým provedením motoru ukazuje Obr. 1. Stator má shodné provedení jako bžný AM, tedy tífázové vinutí se shodným potem pól jako má rotor (p S = p R ). Obvykle se používá provedení se šikmým drážkování statoru. Na rotoru se stídají póly tvoené permanentními magnety, které mají vysoké sycení (okolo 1 T). Pomrná permeabilita materiálu permanentních magnet je vysoká = 1 X d = X q. Proto lze pro náhradní schéma SM s permanentními magnety použít náhradní schéma synchronního stroje s hladkým rotorem. Podle zpsobu urení se používají motory s vnjším nebo vnitním rotorem. Statorem se vždy rozumí ást stojící a rotorem ást se otáející. Napájení motoru. Z popisu konstrukce motoru je patrné, že motor v rotoru neobsahuje žádné vinutí, které by bylo možné použít k asynchronnímu rozbhu. Proto je možné tento typ motoru použít pouze v kombinaci s napájením z frekvenního mnie obvykle s napovým meziobvodem, s šíkovou pulzní modulací. Pozor nelze použít bžný FM, ale FM mni se speciálním softwarem ureným pro ízení synchronního motoru s permanentními magnety. Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 1

2 1.1 ízení motoru. ízení motoru je podobné vektorovému ízení asynchronního motoru. U motor s permanentními magnety slouží jako vztažný úhel poloha rotoru. Základní princip ízení vychází z náhradního schéma viz. Obr.. R S je odpor jedné fáze statorového vinutí, L S je náhradní induknost reakce kotvy, E je naptí indukované magnetickým tokem F permanentních magnet a U S je fázové napájecí naptí. R S E j jl I S S 1 F E U S Obr. Náhradní schéma motoru s permanentními magnety Pro ízení synchronního motoru s permanentními magnety se používají dva zpsoby - principy ízení, které vyplývají z fyzikálních vlastností motoru. Rozhodujícím kritériem pro volbu zpsobu ízení je velikost okamžité rychlosti otáení Oblast nízkých otáek n n N Princip: ízení zvyšováním E Velikost fázoru indukovaného naptí E je úmrná úhlové rychlosti rotoru, protože magnetický tok F permanentních magnet lze považovat za konstantní. Ve zvolené soustav d, q leží F v ose d a proudu I S v ose q. Fázový posun fázoru napájecího naptí U S vzhledem k fázoru E je dán parametry R S, L S a velikostí E a I S. Velikost U S vyplývá z fázorového diagramu. Aby motor vyvinul maximální moment, musí být, jak vyplývá z výrazu pro moment synchronního stroje s hladkým rotorem, fázory toku F a statorového proudu I S na sebe kolmé. E j 1 permanentní magnety = konst E ~ M = M MAX pi = / M I S F Závr: do U MAX tj. n N se ídí s I sd = 0 tj. = / a I sq <I SMAX Obr. 3 Fázorový diagram pro oblast nízkých otáek n n N Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory

3 1.1. Oblast vysokých otáek n n N Princip: ízení nepímým odbuzováním, tj. zavedením složky proudu I SD v záporném smru osy d Když úhlová rychlost rotoru dosáhne takové velikosti, že by bylo poteba vtší napájecí naptí U S, než mže dodat napájecí zdroj, musí být použita metoda odbuzování. Protože ídit magnetický tok permanentních magnet F není možné, dosahuje se úinku odbuzení nepímo, zavedením složky proudu I S v záporném smru osy d. Fázor statorového proudu I S se v dsledku toho natoí proti ose q. Složka I SQ vytváí stejn jako pi ízení v oblasti n n N moment motoru. Vzhledem k velké vzduchové mezee je efekt odbuzování mén úinný než u klasických synchronních stroj. Pi popsaném zpsobu ízení musí být vždy dodržené následující podmínky: - Modul fázoru napájecího naptí musí nesmí pekroit velikost, kterou je schopný dodat napájecí zdroj. - Musí být dodržené proudové omezení, vyplývající z dimenzováním statorového vinutí. I S I Sd I Sq I SMAX I SMAX - maximální statorový proud Z uvedeného výrazu vyplývá, že pi odbuzování dochází ke snížení momentu na hídeli, protože generování složky I SD potebné pro odbuzování pi zachování I SMAX probíhá na úkor momentotvorné složky I SQ. E j 1 U S = U SMAX = konst E = konst ~ 1/ F M I Sq Odb I Sd F Podmínky ízení: U S U MAX, tak aby: I S I Sd I Sq I SMAX Závr: Pro n > n N se ídí natáením fázoru I S pi U= konst. Obr. 4 Fázorový diagram pro oblast vysokých otáek n n N Souhrn zpsob ízení: oblast nízkých otáek I SqMAX = I SMAX oblast vysokých otáek I Sq I SMAX s rostoucím I Sd klesá I Sq pi I S = konst. pokles momentu M I Sq ízení odbuzováním pi M = konst. = M MAX pouze pro krátkodobé provozní stavy pro trvalý chod ešení pedimenzovat stator Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 3

4 1. Oblast použití synchronních motor s permanentními magnety Servomotory Oblast menších výkon cca. do 10 kw. Rozhodujícím parametry jsou penos informace (nap. poloha), a vysoká dynamika, nikoliv úinnost. Pomalubžné regulované pohony n N 600 min -1 Použití synchronních motor s permanentními magnety pro pomalubžné regulované pohony vychází ze snahy o maximální zjednodušení pohonu pi souasném zvýšení spolehlivosti a užitných vlastností. Obr. 5 Zjednodušení pohonu pi použití motoru s permanentními magnety Cíl náhrada pevodovky, zjednodušení pohonu, zvýšení spolehlivosti a úinnosti pohonu. Oblast použití papírenské stroje, extrudéry, elevátory, výtahy. Provedení obvykle je ada motor navržena pouze s jedním konstantním potem pól (nap. 1) pro každou typovou velikost. Zmna jmenovitého pracovního bodu (jmenovitých otáek) je docílená posouváním bodu odbuzení ve fázi návrhu motoru, která je v závislosti na chlazení bu spojená s redukcí výkonu (motory s vlastním chlazením) nebo je bez redukce (motory s cizím chlazením). Jako výchozí zatžovací kivku lze pi tom použít zatžovací kivku pro motor s nejvyššími jmenovitými otákami. Motor je proto vždy navržen na uritou polohu bodu odbuzení (kmitoet) ze které vyplývají jmenovité otáky. Tím se dosáhne optimální velikosti (zmenšení) frekvenního mnie. Kdyby tomu tak nebylo a motor ml konstantní polohu bodu odbuzení, tak by se výkon do motoru pedával v proudu a frekvenní mni, který se dimenzuje podle proudu, by byl zbyten velký a tudíž drahý. Platí stejné zákonitosti viz. návrh frekvenního mnie a motoru pro klasický regulovaný pohon. Závr Synchronní motory s permanentními magnety se pro rzné jmenovité otáky, pi pibližn stejné velikosti jmenovitého momentu motoru, neliší potem pól, ale polohou bodu odbuzení, tedy velikostí kmitotu pi kterém je dosažené jmenovité naptí. Pro konkrétní polohu bodu odbuzení má motor navržené vinutí. Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 4

5 M [ % ] ,5 0,5 0,75 1 1,5 n [ - ] IC411 IC416 IC411 + IC416 Obr. 6 Zatžovací diagram synchronního motoru s permanentními magnety Pednosti pomalubžného regulovaného pohonu se synchronním motorem s permanentními magnety: - permanentní magnety umístné v rotoru budí konstantní magnetický tok v motoru. Magnetizaní proud odebíraný ze sít je minimální. Úiník motoru je výrazn lepší než srovnatelného asynchronního motoru viz.tab. 1, nezávisí na jmenovitých otákách motoru - lepší úiník a úinnost pohonu vedou pi stejném výkonu k menšímu proudu motoru, ze kterého vyplývá menší typová velikost a cena frekvenního mnie viz.tab. 1 Výkon Synchronní motor Asynchronní motor [ kw ] Cos [ - ] [ - ] m [ kg ] Cos [ - ] [ - ] m [ kg ] 57 80SM 0,93 93, MB 0,83 9, SM 0,9 94, LB 0,8 93, ML 0,91 95, MX 0,8 94, SM 0,96 95, LB 0,81 94, ML 0,90 95, LN 0,80 95, LK 0,96 96, LL 0,80 96, Tab. 1 Porovnání úiníku a úinnosti u srovnatelných synchronních a asynchronních motor 600 min synchronní motor s permanentními magnety má podstatn menší rozmry než srovnatelný asynchronní motor viz. Tab. 1, konstrukce motoru je však stejn robustní jako konstrukce klasického asynchronního motoru s kotvou nakrátko - neobsahuje pevodovku jednodušší instalace, menší prostorové nároky, nevznikají ztráty v pevodovce, odpadají možné poruchy pevodovky - cena pevodovky s klasickým asynchronním motorem je srovnatelná s cenou synch. motoru - synchronní motory umožují vtší pesnost ízení nepracují se skluzem, nemusí mít zptnou vazbu odpadá u nkterých aplikací velmi nároná instalace idel Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 5

6 Dosažená velikosti momentu - srovnání M [ Nm ] SM 315SM 315ML 355SM 355ML 400LK Asynchronní motor Osová výška dle IEC Synchronní motor Obr. 7 Porovnání velikosti jmenovitého momentu u synchronních a asynchronních motor 600 min -1 stejné konstrukní velikosti. - moment na hídeli je do jmenovitého kmitotu konstantní, limitujícím faktorem je chlazení stejn jako u klasického asynchronního motoru Závr výsledkem je motor, který v sob spojuje robustní konstrukci asynchronního motoru s pesností synchronního motoru. Nevýhody pomalubžného regulovaného pohonu se synchronním motorem s permanentními magnety: - permanentní magnety budí trvale konstantní magnetický tok. Pi samovolném protáení vypnutého motoru se do statorového vinutí indukuje naptí. Jeho velikost závisí na rychlosti otáení. - vnitní naptí je pi konstantním magnetickém toku ve vzduchové mezee pímo úmrné rychlosti otáení. Proto jsou maximální otáky omezené na n MAX = 1. n N, jinak by mohlo dojít k poškození izolace. - synchronní motor je citlivjší na dodržování štítkového naptí než klasický AM. Píina viz. zpsoby ízení. - synchronní motor má menší momentovou petížitelnost (1, 1,7 M N ) než klasický AM (,7 M N ). Pi napájení klasického AM z FM je však jeho petížitelnost definovaná proudovou petížitelností FM, která má obvykle hodnotu 1,1 resp. 1,5 I N ( M N ). - u motoru s permanentními magnety je teba vždy pamatovat na to, že motor i ve vypnutém stavu je zdrojem magnetického pole. Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 6

7 Pohony s reluktanními motory Princip funkce: Otáivý moment motoru vzniká v dsledku rozdílných magnetických odpor magnetického obvodu, které jsou dsledkem nerovnomrné vzduchové mezery nad póly statorového vinutí. Rotor reluktanního motoru je složený pouze z vhodn tvarovaných plech. Neobsahuje budicí ani jiné vinutí ani permanentní magnety. Klasický reluktanní motor má stejný poet pól na statoru i rotoru. Pro reluktanní moment platí výraz viz. Teorie synchronních stroj: M REL 3 p p U 1 X q 1 X d sin Velikost reluktanního momentu zásadn ovlivuje pomr podélné X d a píné reaktance X q, který u speciáln navržených rotor mže dosáhnout 5 až 10 násobku. I pi tomto pomru je však reluktanní moment pomrn malý ve srovnáním s jinými typy motor. Reluktanní motory se stejným potem pól na statoru a rotoru se proto prakticky nepoužívají. Problém s velikostí vyvozovaného momentu odstraují spínané reluktanní motory..1 Spínaný reluktanní motor (SRM) Spínaný reluktanní motor mže být napájený vždy jen ze speciálního vícefázového napájecího zdroje. Pro motor je charakteristický rozdílný poet pól na statoru a rotoru. K nejastji užívaným kombinacím patí pomry 3/, 4/3, 5/4. Další výklad je provedený pro nejpoužívanjší pomr 3/, zárove se pedpokládá, že platí, že šíka pólu je vždy rovná jedné polovin píslušné pólové roztee (b PS = PS / a b PR = PR /). Stator má tedy 6 pól, rotor 4 póly a ob ásti jsou složené z plech. Na statorových pólech je nasazeno 6 budicích cívek, které jsou zapojené do 3 fází statorového vinutí, tj. dv protilehlé cívky jsou zapojeny vždy tak, aby jejich mmn psobilo ve smru magnetického obvodu a tvoilo jednu fázi. Pi otáení rotoru se induknost cívek jedné fáze mní. Je-li pól statoru zcela nad pólem rotoru je objem vzduchové mezery mezi póly nejmenší a induknost fáze je nejvtší (L MAX ). Naopak, nachází-li se pól statoru zcela mimo pól rotoru, je objem vzduchové mezery mezi obma póly nejvtší a induknost fáze je nejmenší (L MIN ). Protože šíka pólu rotoru je vtší, než šíka pólu statoru, nemní se po uritou dobu otáení objem vzduchové mezery a induknost je po tuto dobu vždy prakticky konstantní. Idealizovaný prbh L=f() jedné fáze statorového vinutí, kde je úhel natoení rotoru, je pro pootoení rotoru o 90 O na Obr. 8. Pro pochopení prbhu induknosti si je teba uvdomit - nezapomenout, že z rozdílného potu pól na statoru a rotoru (6/4) vyplývá rzná skutená šíka pól ve stupních - stator 30 O, rotor 45 O. Prbh lze proto podle úhlu natoení rotoru vi statoru rozdlit na 4 úseky: 0 O 15 O proti pólu statoru je vždy ást pólu rotoru, tlouška vzduchové mezery nad pólem je konstantní induknost je maximální a konstantní 15 O 45 O pekrytí pólu statoru ástí pólu rotoru se postupn zmenšuje, tlouška vzduchová mezery nad pólem se postupn zvtšuje induknost lineárn klesá z maximální na minimální hodnotu, kterou dosáhne v 45 O Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 7

8 45 O 60 O proti pólu statoru není žádná ást pólu rotoru, tlouška vzduchová mezery nad pólem je konstantní induknost je minimální a konstantní 60 O 90 O pól statoru zaíná postupn pekrývat další pól rotoru, vzduchová mezera nad pólem se postupn zmenšuje induknost lineárn stoupá z minimální na maximální hodnotu, kterou dosáhne v 90 O Obr. 8 Prbh induknosti jedné fáze budicího vinutí v závislosti na poloze rotoru vi statoru. Zpsob napájení motoru Každá fáze je pipojena na dvoukvadrantový elektronický stejnosmrný mni pro jednu polaritu proudu a dv polarity naptí zátže. Schéma zapojení takového mnie je na Obr. 9. Obvod je tvoen dvma elektronickými spínai V1, V a dvma zptnými diodami V11, V1. Jsou-li sepnuty oba spínae V1 a V je na fázi pipojeno naptí zdroje v kladné polarit a fází protéká proud ve smru propustnosti spína. Je-li sepnut pouze jeden ze spína, je vinutí fáze spojeno dokrátka a proud se uzavírá fází, sepnutým spínaem (nap. V1) a diodou (V11). Pokud budou oba spínae vypnuty, bude na vinutí fáze do doby zániku proudu pes diody V11, V1 pipojené naptí zdroje o záporné polarit, které povede k rychlému zániku proudu. Obr. 9 Schéma elektronického spínae jedné fáze pro SRM Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 8

9 Souhrn: V1 + V + U L je spotebi V1 + V11 0 (- U) L je zdroj V + V1 0 (- U) L je zdroj V11 + V1 - U L je zdroj Prbhy základních veliin Pro okamžité hodnoty v jedné fázi platí: u R i d dt d( L, i) dt dl dt i di L dt p u i dl d i d dt L i di dt První len v rovnici - p 1 pedstavuje okamžitý inný výkon p dl d i 1 Druhý len v rovnici - p pedstavuje energii pro nabíjení a vybíjení induknosti p d 1 ( L dt i Pro okamžitý moment na hídeli motoru proto platí m p dl d 1 i ) Z rovnice pro výpoet momentu vyplývá, že okamžitá hodnota momentu na hídeli závisí na velikosti zmny induknosti L v závislosti na úhlu natoení rotoru a na druhé mocnin proudu fází. Z hlediska zpsobu napájení se rozlišuje napájení z napového a proudového zdroje. p 1 p..1 Napájení ze zdroje naptí Obr. 10 shrnuje prbhy základních veliin v závislosti na poloze rotoru, pro dva možné zpsoby spínání napájení vinutí pomocí spína V1 a V. Jednotlivé prbhy vyplývají z ešení výše uvedených diferenciálních rovnic pro okamžité hodnoty. Struné shrnutí: Vstupní veliiny Prbh induknosti je identický s dív vysvtleným prbhem viz.obr. 8 Prbh naptí vychází ze zvoleného zpsobu ízení Výstupní veliiny Zpsob ízení a. V prvém úseku 0 15 O, kdy je induknost vinutí minimální a konstantní (L MIN ), narstá proud ve vinutí z nuly na maximální velikost L MAX. Kladné naptí zstává pipojené i v dalším úseku 15 O 30 O. V tomto úseku se již dochází ke zmn induknosti L. V dsledku této zmny se do obvodu indukuje naptí a Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 9

10 jeho dsledkem zane proud obvodem klesat. Pi dosažení polohy 30 O jsou spínae V1 a V vypnuty. Proud který protéká vinutím se zane uzavírat pes diody V11, V1 a na vinutí se tak objeví záporné naptí U. Toto pepólování naptí zvýší strmost poklesu proudu a souasn se zmní i smr toku energie, tj. nyní se vrací energie z vinutí do zdroje. Pi poloze 45 O dosáhne induknost své maximální hodnoty L MAX. Lze odvodit, že v tomto okamžiku proud poklesne na hodnotu i L L min max i max Obr. 10 Píklady prbh induknosti L, naptí u, proudu i, momentu m a toku - napový zdroj V následujícím úseku 45 O 60 O, kdy je induknost konstantní, dochází k lineárnímu poklesu proudu k nule. Konen v posledním úseku mezi úhly 60 O 90 O neprotéká vinutím žádný proud. Moment generovaný konkrétní fází vzniká pouze pi zmn induknosti tj. v rozmezí 15 O 45 O. V prvním okamžiku dosáhne maximální velikosti a dále prudce klesá. Pomr mezi maximální a stední hodnotou bývá až 10. V Obr. 10 je zakreslen také prbh magnetického toku. Tok lineárn stoupá v rozmezí 0 O 30 O a lineárn klesá mezi úhly 30 O 60 O. Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 10

11 Spínae zbývajících dvou fází jsou spínané shodným zpsobem, pouze s asovým posunem odpovídajícím pi dané rychlosti rotoru jeho otoení o úhel 30 O (t = /(6)). Na Obr. 11 je nakreslený asový prbh výsledného momentu na hídeli. Je z nj patrné, že momenty od jednotlivých fází se navzájem vhodn stídají. Pesto je nerovnomrnost momentu znaná a projevuje se nejen zvýšeným namáháním spojky a dalších mechanických ástí, ale i zvýšeným hlukem. Obr. 11 Prbh celkového momentu asové prbhy naptí i proudu v jednotlivých fázích jsou nesinusové. Proto nelze urit úiník nebo initel výkonu. Zavádí se proto pomrné íslo ER (Energy Ratio), které je definované W W P ER W W P W V W P - W V P V celková pivedená energie energie vrácená do zdroje užitená energie Popsaný zpsob ízení a má hodnotu ER kolem 0.9. Zpsob ízení b. Spínae V1 a V se opt sepnou v poloze 0 O a na vinutí je tím pipojené kladné naptí U. V prvním úseku 0 O 15 O, kdy je induknost vinutí minimální a konstantní L MIN, narstá proud ve vinutí lineárn z nuly na stejnou maximální velikost a jako u zpsobu ízení a. V okamžiku dosažení polohy 15 O je jeden ze spína vypnut a vinutí je spojené dokrátka pes druhý spína a píslušnou diodu. Protože se v tomto úseku mní induknost L, indukuje se v dsledku této zmny do obvodu naptí, které urychluje zanikání proudu. Proud obvodem zane prudce klesat. Pi dosažení úhlu 45 O je vypnut i druhý spína, proud se zane uzavírat pes diody V11, V1 a na vinutí se tak objeví záporné naptí zdroje U a energie se zane vracet z vinutí do zdroje. Pi úhlu 45 O ale dosáhla induknost souasn i své maximální hodnoty L MAX a proto opt platí výraz pro velikost proudu i L L min max i max V následujícím úseku mezi úhly 45 O 60 O, kdy je induknost konstantní, dochází k lineárnímu poklesu proudu k nule. Konen v posledním úseku neprotéká vinutím žádný proud. Z porovnání obou zpsob ízení je patrné, že pi zpsobu ízení typu b je prbh proudu a proto i momentu prakticky stejný. Podstatný rozdíl je však v prbhu magnetického toku, jehož maximální Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 11

12 hodnota je poloviní. Protože velikost maximálního magnetického toku je rozhodující pro dimenzování magnetického obvodu, zdálo by se, že bude možné pro stejný moment zmenšit rozmry magnetického obvodu. Ve skutenosti ale vychází nepíznivji namáhání jha jak rotoru tak statoru a proto musí být jejich rozmry vtší než pi zpsobu ízení a. Oba uvedené zpsoby ízení vycházejí z pedpokladu napájení z napového zdroje, tj. prbh naptí je píinou a prbh proudu dsledkem. Opaným pípadem je napájení z proudového zdroje, kdy vycházíme z vhodného zdroje proudu tj. prbh proudu je píinou a prbh naptí je naopak dsledkem... Napájení ze zdroje proudu Obr. 1 shrnuje prbhy základních veliin v závislosti na poloze rotoru. Jednotlivé prbhy vyplývají z ešení výše uvedených diferenciálních rovnic pro okamžité hodnoty. Obr. 1 Píklady prbh okamžitých hodnot induknosti L, naptí u, proudu i, momentu m a toku - proudový zdroj Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 1

13 Potebná hodnota napájecího naptí je daná požadavkem na pokles proudu z hodnoty i MAX v úseku mezi 45 O 60 O, kdy je induknost vinutí maximální. Naopak k sepnutí spína mže dojít podstatn pozdji, protože k nmu dochází pi L=L MIN a požaduje se nárst na stejný proud. Protože ale vlivem zmny induknosti se do vinutí indukuje naptí, které se snaží tento proud zmenšit, musí spínae spínat tak, aby stední hodnota napájecího naptí toto indukované naptí eliminovala. Díky konstantnímu proudu v úseku mezi 15 O 45 O je prbh momentu konstantní, což je hlavní pedností tohoto zpsobu ízení. Naopak ER je velmi nízké, pohybuje se okolo 0.. Velká napová rezerva vyžaduje napové pedimenzování napájecího zdroje. Podle podklad rzných výrobc je úinnost SRM pohon pln srovnatelná s pohony s permanentními magnety a v porovnání se stídavými regulovanými pohony dokonce o % lepší. Díky jednoduché konstrukci rotoru lze dosáhnout vysokých otáek (až ot/min), motory lze navrhovat i pro vysoké teploty okolí (500 O C). Pomr hmotnosti a výkonu je píznivjší než u bžných pohon. Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 13

14 3 Krokové motory 3.1 Princip funkce Motor pracuje na principu pohybu rotoru o definovaný poet krok (poloh) rotoru na základ promnného magnetického odporu vzduchové mezery. V každém kroku se rotor vždy snaží zaujmout takovou polohu, aby energie naakumulovaná v magnetickém obvodu byla co nejvtší. Ke zmn polohy rotoru dojde v dsledku zmny hodnoty proudu procházejícím ídícím vinutím. ízení je pouze dvouhodnotové +I, 0, -I. 3. Provedení motoru Stator má vyniklé póly. Na každém pólu je umístná jedna cívka ídicího vinutí, která pi prtoku proudu vytváí magnetické pole. Statorové vinutí je zapojené jako dvoufázové, tj. cívky na pólech jsou rozdlené do dvou skupin. Póly jedné a druhé skupiny se navzájem stídají. Cívky každé skupiny jsou navzájem zapojené do série. Ob skupiny cívek pak tvoí dva navzájem galvanicky oddlené obvody. Rotor má stejný poet pól jako stator p S = p R a mže být pasivní nebo aktivní. Pasivní rotor má speciáln navržený tvar rotorových plech s nerovnomrnou vzduchovou mezerou. Aktivní rotor má na rotoru konstrukn uchycené permanentní magnety nebo jeden permanentní magnet s mnoha s pólovými nástavci. 3.3 ízení Zmna polohy rotoru se dosahuje zmnou velikosti ídicího proudu. Na rozdíl od jiných typ pohon je ízení pouze dvouhodnotové. ídicí proud mže nabývat pouze hodnot +I, 0, -I ( I je jmenovitá hodnota proudu proudového napájecího zdroje). Podle zpsobu souslednosti zmn velikosti proudu se rozlišuje tytaktní a osmitaktní ízení. Pi zmn hodnoty ídicího proudu dojde k pechodnému jevu, který se projeví natoením rotoru do nové polohy s pípadným zakmitáním okolo této nové polohy viz. Obr. 13. Frekvence tchto tlumených kmit je vlastní frekvencí pohonu. Vlastní frekvence pohonu nesmí být rovná nebo blízká k frekvenci pepínání (krokování) nebo jejímu násobku. Pokud by tomu tak bylo, došlo by k vzájemné rezonanci, která by vedla ke ztrát kroku nebo k zastavení motoru. Rychlost krokování krokového motoru je tedy omezena: - vlastní frekvencí pohonu a jejími násobky - ze zhora poklesem velikosti momentu dsledkem omezené konené rychlosti nárstu proudu di/dt v ídicím vinutí. Díky induknosti L ídicího vinutí totiž nestaí pi vyšších frekvencích ídicí proud narst na svou jmenovitou hodnotu a v dsledku toho se sníží stední moment na hídeli motoru viz. Obr. 14. Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 14

15 Obr. 13 Závislost prbhu zmny natoení Obr. 14 Závislost momentu krokového motoru Prbhy proud v obou fázích ídicího vinutí, pro oba zpsoby ízení, jsou uvedené v Obr. 15. Pi tytaktním ízení se pravideln stídají stavy napájení jedné nebo druhé fáze. Magnetické pole se pi každém pepnutí posune o jeden krok, daný úhlem mezi dvma sousedními póly. V dob napájení jedné fáze je druhá fáze vypnuta. Teoreticky tedy nenastávají stavy, kdy by byly ob fáze napájené souasn. Prakticky ale vždy po krátkou dobu dochází k souasnému vedení proudu v obou fázích tento stav se nazývá komutací. Pi osmitakním ízení je doba zapnutí tikrát delší, než je doba vypnutí T ZAP = 3 T VYP. V takovém pípad krom stav, popsaných pro tytaktní ízení nastávají ješt další tyi stavy viz. Obr. 15, v nichž proudy protékají obma skupinami vinutí. Mezi každou polohou magnetického pole pi tytaktním ízení tak vzniká další poloha. Získá se tak dvojnásobný poet poloh dvojnásobná pesnost krokování. Pi vyšších spínacích frekvencích oba zpsoby ízení splynou, protože skutené proudy po pepnutí pi tytaktním ízení nestaí sledovat žádané proudy a doba komutace, která zstává stále stejná, se relativn ke zkracující se délce proudového pulsu prodlužuje. Obr. 15 Zpsoby spínání fází krokového motoru. Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 15

16 4 Literatuta Elektrické pohony, skriptum VUT, Pavelka J., eovský Z., Javrek J. Drive IT Low Voltage Permanent Magnet Motors M3000 Range, katalog ABB Drive Low Voltage Permanent Magnet Motors for low speed applications, Technical Notes ABB DYNASYS S, Getriebelose Aufzugsantriebe,katalog Loher GmbH Pohony s motory s permanentními magnety, reluktanními motory, krokové motory 16