Mechatronické systémy s elektronicky komutovanými motory



Podobné dokumenty
5. POLOVODIČOVÉ MĚNIČE

MS - polovodičové měniče POLOVODIČOVÉ MĚNIČE

i β i α ERP struktury s asynchronními motory

Elektrické stroje. Jejich použití v automobilech. Použité podklady: Doc. Ing. Pavel Rydlo, Ph.D., TU Liberec

1. Regulace otáček asynchronního motoru - skalární řízení

Mechatronické systémy struktury s asynchronními motory

Elektro-motor. Asynchronní Synchronní Ostatní DC motory. Vinutý rotor. PM rotor. Synchron C

Výukové texty. pro předmět. Automatické řízení výrobní techniky (KKS/ARVT) na téma

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

Střídavé měniče. Přednášky výkonová elektronika

Mechatronické systémy se spínanými reluktančními motory

ŘÍZENÍ OTÁČEK ASYNCHRONNÍHO MOTORU

Řízení asynchronních motorů

DUM č. 16 v sadě. 11. Fy-2 Učební materiály do fyziky pro 3. ročník gymnázia

Elektro-motor. Asynchronní Synchronní Ostatní DC motory. Vinutý rotor. PM rotor. Synchron C

Elektro-motor. Asynchronní Synchronní Ostatní DC motory. Vinutý rotor. PM rotor. Synchron C

5. MĚŘENÍ STEJNOSMĚRNÝCH MOTORŮ. 5.1 Stejnosměrný motor s cizím buzením Štítkové údaje

Pohonné systémy OS. 1.Technické principy 2.Hlavní pohonný systém

Základy elektrotechniky

Highspeed Synchronous Motor Torque Control

1 JEDNOFÁZOVÝ INDUKČNÍ MOTOR

PROTOKOL O LABORATORNÍM CVIČENÍ - AUTOMATIZACE

Stejnosměrné stroje Konstrukce

MĚŘENÍ ELEKTRICKÝCH PARAMETRŮ V OBVODECH S PWM ŘÍZENÝMI ZDROJI NAPĚTÍ Electric Parameter Measurement in PWM Powered Circuits

1 OBSAH 2 STEJNOSMĚRNÝ MOTOR. 2.1 Princip

MĚRENÍ V ELEKTROTECHNICE

Doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D , Ostrava

9. Měření kinetiky dohasínání fluorescence ve frekvenční doméně

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

1 Elektrotechnika 1. 9:00 hod. G 0, 25

Digital Control of Electric Drives. Vektorové řízení asynchronních motorů. České vysoké učení technické Fakulta elektrotechnická

1. Regulace proudu kotvy DC motoru

Synchronní stroje. Φ f. n 1. I f. tlumicí (rozběhové) vinutí

Základy elektrotechniky

Mechatronické systémy s krokovými motory (KM) 1. Rozdělení krokových motorů

Osnova kurzu. Elektrické stroje 2. Úvodní informace; zopakování nejdůležitějších vztahů Základy teorie elektrických obvodů 3

VY_32_INOVACE_AUT-2.N-06-DRUHY AUTOMATICKEHO RIZENI. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno

Vítězslav Stýskala TÉMA 1. Oddíly 1-3. Sylabus tématu

Skalární řízení asynchronních motorů

Asynchronní stroje. Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB TUO. Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D. Katedra elektrotechniky.

Základy elektrotechniky 2 (21ZEL2)

Srovnání SRM s Flynnovým motorem

MOTORY A ŘÍZENÍ POHONŮ MAXON verze 1.5 ( ) Základní parametry řídicích jednotek rychlosti pro motory DC a EC. maxon

Merkur perfekt Challenge Studijní materiály

Určeno pro studenty kombinované formy FS, předmětu Elektrotechnika II. Vítězslav Stýskala, Jan Dudek únor Elektrické stroje

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, synchronní stroje. Pracovní list - příklad vytvořil: Ing.

Speciální stroje. Krokový motor. Krokový motor. Krokový motor Lineární motor Selsyny Stejnosměrné EC motory

Název: Autor: Číslo: Únor Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1

Stejnosměrné generátory dynama. 1. Princip činnosti

Elektrické stroje pro hybridní pohony. Indukční stroje asynchronní motory. Doc.Ing.Pavel Mindl,CSc. ČVUT FEL Praha

Statické měniče v elektrických pohonech Pulsní měniče Jsou to stejnosměrné měniče, mění stejnosměrné napětí. Účel: změna velikosti střední hodnoty

1 ELEKTRICKÉ STROJE - ZÁKLADNÍ POJMY. 1.1 Vytvoření točivého magnetického pole

2. ELEKTRICKÉ OBVODY STEJNOSMĚRNÉHO PROUDU

Mechatronické systémy

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Energetická bilance elektrických strojů

ÚVOD. Obr.2-1: Srovnání světové produkce elektromotorů v letech 1996 a 2001

Měření výkonu v obvodech s pulzně řízenými zdroji napětí

9. Harmonické proudy pulzních usměrňovačů

Inovace výuky předmětu Robotika v lékařství

Úvod. Přeji Vám výuce mnoho úspěchů a zároveň děkuji vedení školy za vytváření dobrého vybavení učeben, které napomáhají modernizaci výuky.

Elektro-motor. Asynchronní Synchronní Ostatní DC motory. Vinutý rotor. PM rotor. Synchron C

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROTECHNIKY A VÝKONOVÉ ELEKTRONIKY DIPLOMOVÁ PRÁCE

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, konstrukce a princip činnosti stejnosměrných strojů

popsat činnost základních zapojení převodníků U-f a f-u samostatně změřit zadanou úlohu

Moderní trakční pohony Ladislav Sobotka

Teorie elektrických ochran

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

Pohony šicích strojů

Srovnání kvality snímání analogových veličin řídících desek se signálovým procesorem Motorola DSP56F805. Úvod. Testované desky

Regulační pohony. Radomír MENDŘICKÝ. Regulační pohony

Elektrárny A1M15ENY. přednáška č. 5. Jan Špetlík. Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky ČVUT, Technická 2, Praha 6

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

Konstrukce stejnosměrného stroje

Elektro-motor. Asynchronní Synchronní Ostatní DC motory. Vinutý rotor. PM rotor. Synchron C

Část pohony a výkonová elektronika 1.Regulace otáček asynchronních motorů

VYSOKORYCHLOSTNÍ SYNCHRONNÍ STROJE S PERMANENTNÍMI MAGNETY REGULACE MOMENTU High-speed Permanent Magnet Synchronous Motors Torque Control

Základní pojmy z oboru výkonová elektronika

Přímá regulace momentu

Obsah ACC ACS ACE ACCE PAC. Asynchronní jedno- nebo třífázový motor. str Čelní převodovka. str Čelní převodovka se střídavým motorem

1. Obecná struktura pohonu s napěťovým střídačem

Synchronní stroj je točivý elektrický stroj na střídavý proud. Otáčky stroje jsou synchronní vůči točivému magnetickému poli.

STŘÍDAVÉ SERVOMOTORY ŘADY 5NK

X14POH Elektrické POHony. K13114 Elektrických pohonů a trakce. elektrický pohon. Silnoproudá (výkonová) elektrotechnika. spotřeba el.

SIMULACE A ŘÍZENÍ PNEUMATICKÉHO SERVOPOHONU POMOCÍ PROGRAMU MATLAB SIMULINK. Petr NOSKIEVIČ Petr JÁNIŠ

PARAMETRY MĚŘENÉ NA DVOUPROUDÉM MOTORU

A usměrňovač B stejnosměrný měnič C střídač D střídavý měnič

Aplikace měničů frekvence u malých větrných elektráren

Rozběh a reverzace asynchronního motoru řízeného metodou U/f

Snímače a akční členy zážehových motorů

ARITMETICKOLOGICKÁ JEDNOTKA

Pohony s krokovými motorky

České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická. Katedra měření. Dokumentace. Rotační enkodér

SYNCHRONNÍ MOTOR. Konstrukce

SIMULACE. Numerické řešení obyčejných diferenciálních rovnic. Měřicí a řídicí technika magisterské studium FTOP - přednášky ZS 2009/10

Elektrické pohony pro elektromobily

SIMULACE JEDNOFÁZOVÉHO MATICOVÉHO MĚNIČE

Ele 1 asynchronní stroje, rozdělení, princip činnosti, trojfázový a jednofázový asynchronní motor

Elektrické pohony. Čtyř-kvadrantový pohon

ZÁKLADY POLOVODIČOVÉ TECHNIKY. Doc.Ing.Václav Vrána,CSc. 03/2008

Transkript:

Mechatroncké systémy s elektroncky komutovaným motory 1. EC motor Uvedený motor je zvláštním typem synchronního motoru nazývaný též bezkartáčovým stejnosměrným motorem (anglcky Brushless Drect Current - BLDC Motor nebo také Electrcally Commutated Motor - EC Motor) Motor konstrukčně přpomíná synchronní motor - stator je běžný, třífázový, rotor obsahuje permanentní magnety. Statorové vnutí, které je zapojeno do hvězdy, je napájeno obdélníkovým proudovým pulzy střídavé polarty vždy po dobu trvání 12 el. (v době mez komutacem současně vedou vždy jen 2 fáze). K napájení motoru se používá klascký napěťový střídač v zapojení třífázový můstek osazený nejčastěj IGBT tranzstory se zpětným dodam. Střídač pracuje buď s pulzně šířkovou modulací anebo je spínání tranzstorů odvozeno od hysterézního regulátoru proudu. Po pootočení rotoru vždy o 6 el. se proud přepíná do následujícího fázového vnutí statoru. Přepínání je řízeno v závslost na úhlové poloze rotoru pomocí šest polohových snímačů s Hallovým sondam, které jsou součástí stroje. Ty tvoří spolu s logckým obvody elektroncký komutátor. Tvar magnetcké ndukce ve vzduchové mezeře je přblžně obdélníkový, ndukované napětí v jednotlvých fázích nemá v důsledku seškmení statorových drážek č jného konstrukčního vlvu jž průběh obdélníkový, nýbrž lchoběžníkový (rovněž nazývaný trapézový) - vz obr. 1. s horní základnou (tj. s oblastí konstantního ndukovaného napětí a tedy ndukce ve vzduchové mezeře) odpovídající pólovému krytí β PM mnmálně 12 el. pro dobré momentové využtí stroje. Pro kladné a konstantní otáčky má ndukované napětí stejnou polartu (a tvar) jako dervace magn. toku podle úhlu natočení / (vz obr. 1.). Motor bývá vybaven rovněž AC tachogenerátorem pro otáčkovou zpětnou vazbu. Průběh napětí tohoto nejčastěj třífázového tachogenerátoru je obdobný jako ndukovaného napětí statoru stroje (obr. 1.). Výběrem ampltud jednotlvých fázových napětí elektronckým přepínačem, řízeným od polohy rotoru, získáme stejnosměrné napětí úměrné otáčkám, jehož polarta je závslá na směru otáčení motoru [Skalcký, 1994]. Prncp a vlastnost pohonu s tímto motorem jsou analogcké pohonu stejnosměrnému. Choulostvým místem tohoto pohonu jsou komutační ntervaly, kdy konstantního momentu lze dosáhnout pouze v případě, kdy součet proudů v komutujících fázích je konstantní [Skalcký, 1994]. Z tohoto důvodu jsou v současné době tyto servopohony, donedávna hojně používané pro posuvy obráběcích strojů, nahrazovány servopohony s harmonckým průběhem toků a proudů, kde je komutace fázových proudů plynulá a má menší nepříznvý vlv na rovnoměrnost otáčení. ΨPMa, ΨPMb, ΨPMc jsou složky magnetckého spřažení vytvořené permanentním magnety. Jsou to perodcké funkce s perodou 36 el., vzájemně posunuté o 12 el. (obr. 1. ukazuje průběhy jejch dervací podle úhlu natočení). Vntřní elektromagnetcký moment stroje je obecně dán výrazem [Skalcký, 1994] M = + PMa PMb e a b + c PMc 1

Matematcký pops stroje doplňuje pohybová rovnce M M J d Ω m - = dt e L c 1. úsek 2. úsek 3. úsek 4. úsek 5. úsek 6. úsek β PM PMa / (u a ) c e PMb / (u b ) PMc / (u c ) 6 12 18 24 3 36 θ a a Průběh proudu př kladném momentu stroje a a c Průběh proudu př záporném momentu stroje Obr. 1. - Průběh fázových hodnot /, ndukovaných napětí a dealzovaných proudů (bez komutace a PWM) u elektroncky komutovaného motoru θ elektrcká kruhová rychlost ω = d dt a ndukované napětí příslušné fáze u PM = ω 2

Za předpokladu, že β PM 12 a / je během tohoto ntervalu konstantní (jak je vdět na obr. 1.), můžeme položt PMa PMb = = c e Tuto hodnotu c e [Vs/rad] označujeme jako konstantu stroje rovnc pro moment stroje lze vyjádřt pomocí hodnoty proudu ss mezobvodu d. M = 2c e e d 2. Měnče pro napájení EC motoru Pro napájení EC motoru se používá napěťový střídač ve stejném zapojení jako např. pro asynchronní motor -. Řízení je ovšem provedeno - jak jž bylo řečeno v úvodu kap.1.- s programovatelným úhlem řízení 12, což znamená, že v úsecích mez dvěma komutacem vedou 2 fáze. Výstupní napětí U s ze střídače je tedy sdružené napětí mez svorkam motoru zapojeného do hvězdy. Ve střídač je spínací sgnál přveden vždy pouze na dvojc tranzstorů (spínání v obou polartách), přčemž polarta výstupního napětí v daném úseku úhlu θ závsí pouze na velkost výstupu z regulátoru proudu. Př pulzně šířkové modulac je regulátor proudu typu PI s výstupním napětím U r, které je komparováno s napětím ply U p, př použtí hysterézního regulátoru proudu je výstupem z regulátoru proudu sgnál U h. + VT1 VT3 VT5 U d VT4 VD1 VT6 VD3 VT2 VD5 a b c VD4 VD6 VD2 Obr. 2 Schéma zapojení napěťového střídače 3

3. Regulace pohonu s EC motorem Nejčastější regulační struktura regulace otáček je na obr. 3. [Skalcký, 1994]. Funkce je zřejmá z obrázku. Regulátor proudu R může být hysterézní nebo PI (a následně PWM). Co se týče snímání skutečné hodnoty proudu (ten by měl odpovídat momentu), je na obr. 3. uveden nejčastější způsob, kdy jsou snímány 2 fázové proudy a a. Logcký blok LOG 2 pak v závslost na tom, v kterém úseku úhlu θ se nacházíme (to vyhodnocuje výstup z logckého bloku LOG 1, který zpracovává údaje z Hallových sond), určí hodnotu skutečného proudu do regulátoru. 3~ R Ω * * Ω 1 m - - 1 Ω m R Regulátor proudu u h (u r ) Řízení spínání (PWM) 6 MK LOG 2 sa sb M 3 LOG 1 Tacho Komutační čdlo Obr. 3. Struktura regulace otáček pohonu s elektroncky komutovaným motorem Z obr. 1. je zřejmé, že př zanedbání komutace je to pro θ = až 12 proud a, pro θ = 12 až 24 proud, pro θ = 24 až 36 proud. Z obr. 6.1. můžeme chápat momentotvorný proud dle tab. 1. (vč. úseků s uvažováním komutace). Úsek 1 1-2 2 2-3 3 3-4 4 4-5 5 5-6 6 6-1 1 a a a - - a - Tab. 1. Momentotvorný proud 1 v jednotlvých úsecích úhlu θ Kromě výše uvedeného způsobu měření proudu se používají jné, např. se snímáním proudu d ve stejnosměrném mezobvodu [Boldea, 1999], anebo regulační struktura se třem regulátory proudu s měřením proudu ve všech třech fázích [Pskač, 1999]. Informace o skutečných otáčkách je získávána např. ze střídavého tachogenerátoru. Průběhy velčn na níže uvedených obrázcích (smulované průběhy) dokumentují chování regulačního obvodu, jako odezvu na žádané otáčky dle obr. 4. Pohon je nezatížený. 4

Obr. 4. Žádané otáčky Ω m [rad/s] Obr. 5. Skutečné otáčky Ω m [rad/s] Obr. 6.. Moment motoru M e [Nm] Obr. 7. Fázový proud a [A] Obr. 8. Fázový proud [A] Obr.9. Fázový proud [A] 5