Jakub Wierciak Mikrosilniki cz. 2 Człowiek- najlepsza inwestycja Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Mikrosilnik z komutacją bezzestykową 1 - wałek, 2 - korpus, 3 - płytka drukowana, 4 - obudowa, 5 - magnes trwały wirnika, 6 - uzwojenie stojana, 7 - halotron
Mikrosilnik z komutacją bezzestykową 1 wirnik z magnesem trwałym, 2 - uzwojenia, 3 - halotrony
Bezzestykowy trzypasmowy silnik prądu stałego z komutacją jednobiegunową 1 fototranzystory, 2 wał silnika, 3 wirująca przesłona; N, S bieguny wirnika
Kolejność przełączania uzwojeń i obrót pola magnetycznego stojana PT1, PT2, PT3 fototranzystory, I1, I2, I3 prądy cewek położenie wirnika czas
Bezzestykowy trzypasmowy mikrosilnik z komutacją dwubiegunową oświetlenie I instrukcja wyboru kierunku wirowania, II układ logiczny określające kolejność komutacji kluczami od 1 do 6, III fototranzystory, IV wirująca przysłona
Pole magnetyczne stojana 1 pole magnetyczne, 2 kierunek magnetycznego pola stojana, 3 moment elektromagnetyczny; N, S bieguny wirnika
Wirowanie magnetycznego pola stojana zgodnie ze wskazówkami zegara a) b) c) d)
Wirowanie magnetycznego pola stojana przeciwnie do wskazówek zegara a) b) c) d)
Zjawisko Halla a) b) a) typ p-n, b) typ n-p; 1 elektrony, 2 dziury
Czujniki halotronowe Typowe konstrukcje hallotronów Przykładowe wymiary czujników halotronowych
Wyjściowe sygnały z czujnika Halla a) Zastępczy schemat halotronu, b) wyjściowe sygnały halotronu; N, S bieguny wirnika położenie wirnika
Zasada działania silnika bezszczotkowego z wykorzystaniem czujnika Halla 1 - halotron
Zastosowanie silnika z komutacją elektroniczną w drukarce laserowej a) Metoda skanowania promienia laserowego, b) bezszczotkowy silnik prądu stałego napędzający zwierciadło wieloboczne; 1 promień odbity, 2 bęben światłoczuły, 3 promień laserowy, 4 zwierciadło wieloboczne, 5 odbicie
Dwupasmowy silnik z komutacją elektroniczną napędzający wentylator 1 magnes trwały, 2 hallotron
Napęd talerza gramofonu silnikiem prądu stałego z komutacją elektroniczną 1 podkładka gumowa, 2 wałek, 3 panewka talerza, 4 talerz, 5 magnes trwały wirnika, 6 jarzmo (magnetowód) wirnika, 7 płytka drukowana, 8 uzwojenie, 9 hallotron, 10 magnetowód stojana, 11 łożysko wzdłużne, 12 łożysko, 13 wspornik łożyska wzdłużnego
Dynamiczny model mikrosilnika (Wierciak 2000) Równanie napięć Równanie momentów K T di u Rti L K E dt d i ( Js Jr ) KD ( MF sgn( ) Mr ) dt i - prąd twornika (A) L - indukcyjność uzwojenia twornika (H), J r - moment bezwładności napędzanych zespołów (kg m 2 ) J s - moment bezwładności wirnika (kg m 2 ) K D - stała tłumienia lepkiego M F - moment tarcia statycznego w silniku (N m), M r - moment obciążenia (N m), R t - całkowita rezystancja obwodu twornika (Ω), w silniku (N m s) K E - stała napięcia (V s) K T - stała momentu (N m/a) L - indukcyjność uzwojenia twornika (H), u - ω - napięcie zasilania (V), prędkość kątowa wirnika (1/s) M F - moment tarcia statycznego w silniku (N m),
Momenty strat w silniku (Wierciak 2000) M m M e M si M s1 M s2 M s3 M s4 M m M e - moment rozwijany przez silnik (moment na wałku ) - moment elektromagnetyczny silnika - momenty strat w silniku - moment tarcia suchego w łożyskach - moment tarcia suchego w komutatorze - moment wentylatorowy - moment tarcia lepkiego i M si Moment elektromagnetyczny mikrosilnika M e K T i K T i - stała momentu silnika - prąd silnika
Mechaniczne straty w silnikach prądu stałego (Gerhard, Lee 1985)
Straty w silnikach tarczowych (Cegliński, Tocicki 1986) Silnik PTT-11 (WAMEL); P w straty od prądów wirowych w prętach wirnika, P k straty w zezwojach zwartych, P m - straty mechaniczne w łożyskach i straty wentylacyjne, P s straty mechaniczne tarcia szczotek o komutator
Zastępcze parametry mikrosilnika prądu stałego (Wierciak 2000) Stała czasowa elektromagnetyczna T e L R t ω ω 0 Stała czasowa elektromechaniczna 0,632 ω 0 T m Rt K K E T J s T m t J r - moment bezwładności napędzanych zespołów (kg m 2 ) J s - moment bezwładności wirnika (kg m 2 ) K E - stała napięcia (V s) K T - stała momentu (N m/a) L - indukcyjność uzwojenia twornika (H) R t - całkowita rezystancja obwodu twornika (Ω) Idealny przebieg zmian prędkości silnika podczas rozruchu ω 0 - ustalona prędkość obrotowa wirnika
Katalogowe parametry mikrosilnika prądu stałego z komutacją zestykową (API Portescap 1998)
Katalogowe dane mikrosilnika elektrycznego (API Portescap 1998)
Ograniczenie obszaru pracy mikrosilnika elektrycznego (API Portescap 1998) Prędkość kątowa silnika ω s Maksymalna dopuszczalna prędkość ω max Maksymalna dopuszczalna moc P 2cont Maksymalny dopuszczalny moment obciążenia T max Moment silnika M
Dwa podstawowe sposoby sterowania silników a) b) a) sterowanie napięciowe, b) sterowanie prądowe
Napięciowy sterownik serwonapędu Wzmocnienie K R A R R A B
Sterowanie z modulacją szerokości impulsu a) b) a) schemat modulacji, b) schemat sterownika; 1 prąd, 2 średnie napięcie
Pozycjonowanie z wykorzystaniem analogowego przetwornika położenia Kompa rator Wzmacniacz napięcia Wzmacniacz mocy 1 silnik, 2 potencjometr; V i napięcie odniesienia, V 0 sygnał sprzężenia zwrotnego
Zastosowanie prądnicy tachometrycznej w układzie pozycjonującym Kompa rator Kompa rator Wzmacniacz napięcia Wzmacniacz mocy 1 prądnica tachometryczna, 2 potencjometr, 3 sprzężenie zwrotne od położenia wirnika, 4 sprzężenie zwrotne od prędkości obrotowej; V i napięcie odniesienia, V 0 sygnał sprzężenia zwrotnego