Wykład 7. Selsyny - mikromaszyny indukcyjne, zastosowanie w automatyce (w układach pomiarowych i sterowania) do:

Transkrypt

1 Serwonapędy w automatyce i robotyce Wykład 7 Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów Selsyny Selsyny - mikromaszyny indukcyjne, zastosowanie w automatyce (w układach pomiarowych i sterowania) do: Zdalnego przekazywania połoŝenia kątowego na drodze elektrycznej, Przekształcania połoŝenia kątowego na sygnał elektryczny napięcie. Selsyn czujnik indukcyjny, wykorzystujący zmiany indukcji wzajemnej. Łącza selsynowe: wskaźnikowe, RóŜnicowe, transformatorowe Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 2

2 Selsyny Łącze wskaźnikowe: Selsyn nadawczy zadajnik kąta Selsyn odbiorczy odbierający przesunięcie kątowe Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 3 Selsyny Łącze wskaźnikowe zbudowane z dwóch selsynów z utajonymi biegunami stojana i jawnymi biegunami wirnika Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 4

3 Selsyny zwojenie wzbudzenia u( t) m sin( ωt) Indukowane SEM w uzwojeniach wirnika (e 1 ) i wirnika (e 2 ) e e 1 2 dϕ = z1, dt dϕ = z2. dt SEM uzwojeń wzbudzenia e = Em sin( ω ) 1 1 t Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 5 Selsyny SEM w uzwojeniach synchronizujących e e e = E = E m21 m22 sin( ωt), sin( ωt)cos120 = E m sin( ωt)cos o o,. Po obróceniu wału selsyna nadawczego o kąt θ e e e = E = E = E m2 m2 m3 sin( ωt)cosθ, sin( ω t )cos( θ sin( ωt)cos( θ o o ), ). Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 6

4 Selsyny Moment synchronizujący moment elektromagnetyczny doprowadzający łącze do zgodności połączeń M s = M θ = θ N max θ. O sinθ, Sztywność statyczna charakterystyki momentu synchronizującego jest tangensem kąta nachylenia stycznej do początkowego odcinka sinusoidy Sztywność decyduje o dokładności przekazywania kąta w łączu. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 7 Selsyny Dokładność łącza zaleŝy od: Liczby współpracujących selsynów, Rezystancji linii łączącej selsyny, Symetrii oporności linii, Napięcia wzbudzenia, Częstotliwości zasilania, Przesunięcia fazowego między napięciem zasilającym nadajnik i odbiornik Prędkości obrotowej wirnika selsyna nadajnika. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 8

5 Selsyny ZaleŜność dokładności łącza wskaźnikowego od prędkości wirnika Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 9 Selsyny Łącze róŝnicowe Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 10

6 Selsyny Łącze róŝnicowe Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 11 Selsyny Wykresy wektorowe: wirnik SN (a i d) oraz stojana SR (b, c) Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 12

7 Selsyny Obrót selsyna SN 1 o 30 o w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 13 Selsyny Obrót wirników selsynów nadawczych w przeciwne strony powstanie między kierunkami strumienie wypadkowych stojana i wirnika SR kąta: θ = θ + θ SR SN1 SN 2 Obrót wirników selsynów nadawczych w tą samą stronę kąt między strumieniami wypadkowymi stojana i wirnika SR: θ SR = θ θ SN1 SN 2 Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 14

8 Selsyny Łącze transformatorowe Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 15 Rezolwer Rezolwery selsyny przetwornikowe, trygonometryczne lub przelicznikowe pojedyncze analogowe przetworniki kąta na napięcie. Zastosowanie: Roboty, Obrabiarki sterowane numerycznie W serwonapędach stosuje się dwa rozwiązania rezolwerów jako przetwornik kąta na: Fazę napięcia wyjściowego przetwornik fazowy, Amplitudę napięcia wyjściowego przetwornik amplitudowy Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 16

9 Rezorwer Budowa rezolwera Rezolwer jako przetwornik fazowy = m sin( ωt ), 1 m t 2 m π sin( + ωt) 2 Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 17 Rezolwer Indukowane napięcia we wirniku: w1 w2 w m m w1 k cos( α)sin( ωt), k sin( α)cos( ωt), + w2 m k sin( ωt α) Przesunięcie fazowe między napięciem uzwojenia wirnika i jednym z napięć stojana jest równe wartości kąta α wirnika rezolwera. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 18

10 Rezolwer Rezolwer jako przetwornik amplitudowy zwojenia stojana zasilane są napięciami zmiennym zgodnych w fazie Amplitudy napięć moduluje się funkcjami trygonometrycznymi kąta obrotu β zadane przez serwomechanizm Obrót wału o kąt α 1 2 m m k sin( β )sin( ωt), k cos( β )sin( ωt). w m k sin( β α)sin( ωt) Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 19 Rezolwer Przetwornik amplitudowy amplituda napięcia wyjściowego (wirnik) zaleŝy od róŝnicy między zadaną wartością kąta β, a rzeczywistym kątem obrotu wirnika α. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 20

11 Pomiary połoŝenia, przesunięć liniowych i kątowych = wy z x l Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 21 Pomiary połoŝenia, przesunięć liniowych i kątowych Potencjometryczny przetwornik linkowy HPS obudowa z aluminium, długości pomiarowe 500 do 2000mm Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 22

12 Pomiary połoŝenia, przesunięć liniowych i kątowych Potencjometryczny przetwornik linkowy - zastosowania Napędy liniowe, maszyny numeryczne, stoły X-Y i podobne. Wielowrzecionowe maszyny tnące Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 23 Pomiary połoŝenia, przesunięć liniowych i kątowych Czujniki rezystancyjne. bezwzględny sposób pomiaru, tzn. po włączeniu urządzenia pomiarowego odczytana pozycja jest pozycją absolutną, łatwość obróbki sygnału i mały pobór mocy, gdyŝ wystarczające jest źródło napięciowe, pomiar przesunięć w zakresie 1 cm 2 m, największe uzyskiwane dokładności 0,05 mm (nie więcej niŝ 0,1%), wada wraŝliwość na: wilgotność, zapylenie, wyziewy agresywne, wibracje. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 24

13 Pomiary połoŝenia, przesunięć liniowych i kątowych Czujniki indukcyjnościowe stosowane do pomiarów przesunięć w zakresie od setnych do kilkudziesięciu milimetrów Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 25 Pomiary połoŝenia, przesunięć liniowych i kątowych Czujniki indukcyjnościowe kład pomiarowy Czujniki indukcyjne różnicowe Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 26

14 Pomiary połoŝenia, przesunięć liniowych i kątowych Czujniki indukcyjnościowe zbliŝeniowe wyposażone w cewkę zasilaną z oscylatora zmienne pole magnetyczne wielkiej częstotliwości czujniki dwustanowe, czujniki analogowe. Zasięg działania: mm Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 27 Pomiary połoŝenia, przesunięć liniowych i kątowych Czujniki indukcyjnościowe zbliŝeniowe Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 28

15 Pomiary połoŝenia, przesunięć liniowych i kątowych Czujniki pojemnościowe C = εε 0 S l Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 29 Pomiary połoŝenia, przesunięć liniowych i kątowych Czujniki pojemnościowe pomiary przesunięć mniejszych od mikrometra, zakres górny kilkanaście centymetrów, mały wyjściowy opór mechaniczny, bardzo duŝa rezystancja wyjściowa, niedokładności: pojemności brzegowe, sprzęŝenia z sąsiednimi elementami, pojemności doprowadzeń, zmiany przenikalności elektrycznej błędy wprowadzone przez układy pomiaru pojemności Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 30

16 Pomiary połoŝenia, przesunięć liniowych i kątowych Cyfrowe urządzenia do pomiaru przesunięć Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 31 Czujniki przyspieszenia Czujniki MEMSIC porównanie technologii Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 32

17 Czujniki przyspieszenia Czujniki MEMSIC - budowa Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 33 Czujniki przyspieszenia Czujniki MEMSIC zasada działania Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 34