Silniki skokowe - cz. 1: budowa i zasada działania

Transkrypt

1 Jakub Wierciak Silniki skokowe - cz. 1: budowa i zasada działania Człowiek- najlepsza inwestycja Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2 Zasady działania siłowników elektrycznych (Heimann, Gerth, Popp 2001) Z wykorzystaniem siły Lorenza (elektrodynamiczne) - silniki prądu stałego - silniki indukcyjne - silniki liniowe - silniki jednofazowe komutatorowe Z wykorzystaniem siły reluktancji (elektromagnetyczne) - elektromagnesy - silniki skokowe - silniki synchroniczne

3 Powstawanie momentu reluktancyjnego (Wróbel 1993) U napięcie zasilania, I prąd wzbudzający, Z liczba zwojów, Φ strumień magnetyczny, θ kątowe położenie zwory

4 Schemat działania silnika skokowego o wirniku biernym (Wróbel 1993) a), b), c) - położenia wirnika w trzech kolejnych taktach, d) - przebiegi napięć pasmowych

5 Silnik skokowy o wirniku biernym komutowany ręcznie (JIEE 1927) a) silnik, b) przełącznik obrotowy, c) rozwinięty model przełącznika

6 Zasada działania reluktancyjnego silnika skokowego (Kenjo, Sugawara 2003)

7 Silnik skokowy C. J. Walkera z 1919 roku (Wróbel 1993) 1- uzwojenie stojana, 2 wirnik

8 Silnik skokowy (Pochanke 1996) Silnik skokowy - elektromechaniczny przetwornik energii przetwarzający sygnał elektryczny w postaci ciągu impulsów w dyskretne (skokowe) kątowe lub liniowe przemieszczenie mechaniczne. Silnik skokowy ma stojan z uzwojeniem pasmowym lub cewkami i wirnik, który może być wykonany jako czynny, jako bierny lub hybrydowy.

9 Komutacja (Pochanke 1996) Komutator - układ elektroniczny służący do zasilania cewek lub pasm uzwojenia określonym układem napięć stałych. Każdemu układowi napięć odpowiada stały strumień magnetyczny w szczelinie maszyny o określonym kierunku w przestrzeni. Takt komutacji - stan elektryczny uzwojeń. Cykl komutacji - taka liczba taktów, która powoduje przy określonym sposobie komutacji, uzyskanie wszystkich możliwych sposobów rozkładu pola magnetycznego maszyny.

10 Komutacja symetryczna i niesymetryczna (Pochanke 1996) Komutacja symetryczna - w każdym takcie komutacji wzbudzana jest jednakowa liczba pasm uzwojenia Komutacja niesymetryczna - w kolejnych taktach komutacji wzbudzana jest niejednakowa liczba pasm uzwojenia

11 Działanie silnika skokowego o wirniku czynnym (komutacja symetryczna) (Sochocki 1996)

12 Zasada działania silnika skokowego z wirnikiem czynnym (komutacja niesymetr.) (Pochanke 1996)

13 Sposoby unipolarnej komutacji uzwojeń silnika czteropasmowego, dwubiegunowego (Pochanke 1996)

14 Komutacja unipolarna (Jaszczuk 2000)

15 Sposób połączenia uzwojenia silnika w dwa pasma (Sochocki 1996)

16 Sposoby bipolarnej komutacji uzwojeń silnika dwupasmowego, dwubiegunowego (Pochanke 1996)

17 Komutacja dwupasmowa bipolarna (Jaszczuk 2000)

18 Cyklogramy przy sterowaniu ośmiotaktowym (Sochocki 1996) a) sterowanie niesymetryczne, b) sterowanie symetryczne

19 Zasada sterowania mikroskokowego (API Portescap 2000) a) Pasmo 1 Pasmo 2 b) Pasmo 2 Pasmo 1 a) przebieg prądów w dwu sterowanych pasmach, b) ilustracja ruchu wirnika

20 Komutacja mikroskokowa silników (Jaszczuk 2000)

21 Schemat napędu z silnikiem skokowym (Acarnley 1982) Zasilacz układów logicznych Zasilacz silnika Sterownik Układ logiczny Generator Impulsy taktujące Sygnał kierunku Komutator Sygnały sterujące pasm Wzmacniacze mocy Prądy pasm Silnik Instrukcje

22 Klasyfikacja silników skokowych (Wróbel 1993) Elektryczne silniki skokowe Wirnikowe Liniowe o wirniku reluktancyjnym o magnesach trwałych hybrydowe o zmiennej reluktancji hybrydowe

23 Silniki reluktancyjne (variable reluctance stepping motors) J. Wierciak: Napędy elektromechaniczne urządzeń mechatronicznych

24 Przekroje poprzeczne silników skokowych reluktancyjnych (Sochocki 1996) a) silnik trójpasmowy, b) silnik czteropasmowy symetryczny c) silnik czteropasmowy niesymetryczny P 1, P 2, P 3 początki pasm K 1 koniec pasma 1

25 Trójpasmowy reluktancyjny silnik skokowy o różniących się podziałkach wirnika i stojana (Sochocki 1996)

26 Skok silnika reluktancyjnego (Pochanke 1996) Silniki reluktancyjne umożliwiają uzyskanie bardzo małych skoków wirnika, mniejszych od jednego stopnia. 2 Z k r α Z r k kąt skoku silnika liczba zębów wirnika liczba taktów w cyklu komutacji

27 Schemat budowy czteropasmowego silnika reluktancyjnego (Jaszczuk 2000) Silnik z jednakową podziałką kątową zębów wirnika i stojana

28 Silniki z wirnikiem czynnym (permanent magnet (PM) motors) J. Wierciak: Napędy elektromechaniczne urządzeń mechatronicznych

29 Zasada działania silnika skokowego z wirnikiem czynnym (Pochanke 1996)

30 Przebieg komutacji czteropasmowego silnika z wirnikiem czynnym (Pochanke 1996) Napięcie U (4) (3) (2) (1) Czas t

31 Komutacja czteropasmowa (Jaszczuk 2000)

32 Silnik skokowy dwupasmowy o magnesie trwałym w wirniku (Jaszczuk 2008)

33 Dwupasmowy silnik skokowy z wirnikiem czynnym (Jaszczuk 2000) a) b) a) schemat budowy silnika, b) przebieg komutacji pasm; 1 wirnik z magnesami trwałymi, 2 stojan uzwojony dwupasmowo

34 Przykłady konstrukcji silników skokowych z wirnikiem czynnym (Pochanke 1996) a) b) a) silnik z wirnikiem pazurowym, b) silnik z wirnikiem tarczowym

35 Silnik skokowy tarczowy (Jaszczuk 2008) brak sprzężeń magnetycznych między pasmami wirnik o bardzo małym masowym momencie bezwładności

36 Skokowy silnik tarczowy firmy ESCAP (Jaszczuk 2008)

37 Skokowe silniki tarczowe firmy Escap (Jaszczuk 2008)

38 Silnik pazurowy dwustojanowy (Jaszczuk 2008)

39 Stojan skokowego pazurowego silnika firmy HSI (HSI 2000)

40 Elementy silnika pazurowego (Jaszczuk 2008)

41 Mikrosilnik skokowy pazurowy (Jaszczuk 2008)

42 Silniki hybrydowe (hybrid stepping motors) J. Wierciak: Napędy elektromechaniczne urządzeń mechatronicznych

43 Struktura wirnika silnika hybrydowego (Kenjo, Sugawara 2003) Pakiet blach Magnes trwały

44 Konstrukcja silnika hybrydowego (Kenjo, Sugawara 2003) Magnes trwały Uzwojenie stojana Uzębione wieńce wirnika

45 Przekrój poprzeczny dwupasmowego silnika hybrydowego (Kenjo, Sugawara 2003) Znacznik Magnes trwały

46 Drogi strumieni magnetycznych w silniku hybrydowym (Kenjo, Sugawara 2003) Wirnika Stojana

47 Praca silnika hybrydowego przy pojedynczym zasilaniu pasm (Kenjo, Sugawara 2003)

48 Typowy schemat komutacji dwupasmowego hybr. silnika skokowego (Pochanke 1996) Napięcie U (2) (1) Czas t

49 Komutacja dwupasmowa bipolarna (Jaszczuk 2000)

50 Hybrydowy silnik skokowy (Siemens 2000)