Silniki prądu stałego z komutacją bezstykową (elektroniczną)



Podobne dokumenty
Oddziaływanie wirnika

Temat: Silniki komutatorowe jednofazowe: silnik szeregowy, bocznikowy, repulsyjny.

Charakterystyka rozruchowa silnika repulsyjnego

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

PRĄDNICE I SILNIKI. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

MiAcz3. Elektryczne maszynowe napędy wykonawcze

BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 1/5

SILNIKI PRĄDU STAŁEGO

Mikrosilniki prądu stałego cz. 2

Silniki synchroniczne

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

Mikrosilniki prądu stałego cz. 2

PAScz3. Elektryczne maszynowe napędy wykonawcze

Silniki krokowe. 1. Podział siników krokowych w zależności od ich budowy.

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Badanie prądnicy prądu stałego

Temat: ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ PRĄDU PRZEMIENNEGO

Badanie napędu z silnikiem bezszczotkowym prądu stałego

bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym (3), bieguny pomocnicze (komutacyjne) (5), tarcze łożyskowe, trzymadła szczotkowe.

MASZYNY INDUKCYJNE SPECJALNE

Mikrosilniki prądu stałego cz. 1

Silniki prądu stałego

Silniki skokowe - cz. 1: budowa i zasada działania

Mikrosilniki prądu stałego cz. 1

Silniki prądu przemiennego

Matematyczne modele mikrosilników elektrycznych - silniki prądu stałego

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Rys. 1. Krzywe mocy i momentu: a) w obcowzbudnym silniku prądu stałego, b) w odwzbudzanym silniku synchronicznym z magnesem trwałym

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

Klasyczny efekt Halla

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

1. W zależności od sposobu połączenia uzwojenia wzbudzającego rozróżniamy silniki:

Proste układy wykonawcze

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

MAGNETYZM. 1. Pole magnetyczne Ziemi i magnesu stałego.

mgr inŝ. TADEUSZ MAŁECKI MASZYNY ELEKTRYCZNE Kurs ELEKTROMECHANIK stopień pierwszy Zespół Szkół Ogólnokształcących i Zawodowych

Pracę każdej prądnicy w sposób jednoznaczny określają następujące wielkości:

Sposób analizy zjawisk i właściwości ruchowych maszyn synchronicznych zależą od dwóch czynników:

Silniki indukcyjne. Ze względu na budowę wirnika maszyny indukcyjne dzieli się na: -Maszyny indukcyjne pierścieniowe. -Maszyny indukcyjne klatkowe.

Wykład 4. Strumień magnetyczny w maszynie synchroniczne magnes trwały, elektromagnes. Magneśnica wirnik z biegunami magnetycznymi. pn 60.

- kompensator synchroniczny, to właściwie silnik synchroniczny biegnący jałowo (rys.7.41) i odpowiednio wzbudzony;

POLOWO - OBWODOWY MODEL BEZSZCZOTKOWEJ WZBUDNICY GENERATORA SYNCHRONICZNEGO

Wykaz ważniejszych oznaczeń Podstawowe informacje o napędzie z silnikami bezszczotkowymi... 13

Wentylatory z nowoczesnymi silnikami EC

SPIS TREŚCI PRZEDMOWA WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ 1. PODSTAWOWE INFORMACJE O NAPĘDZIE Z SILNIKAMI BEZSZCZOTKOWYMI 1.1. Zasada działania i

Ćwiczenie 1 Dobór mikrosilnika prądu stałego do napędu bezpośredniego przy pracy w warunkach ustalonych

Cel ćwiczenia. Przetwornik elektromagnetyczny. Silniki krokowe. Układ sterowania napędu mechatronicznego z silnikiem krokowym.

Maszyna indukcyjna jest prądnicą, jeżeli prędkość wirnika jest większa od prędkości synchronicznej, czyli n > n 1 (s < 0).

12. Zasilacze. standardy sieci niskiego napięcia tj. sieci dostarczającej energię do odbiorców indywidualnych

Ćwiczenie 3 Falownik

PL B1. INSTYTUT NAPĘDÓW I MASZYN ELEKTRYCZNYCH KOMEL, Katowice, PL BUP 17/18

Wprowadzenie do mechatroniki

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

BADANIE SILNIKA SKOKOWEGO

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 5. Analiza pracy oraz zasada działania silników asynchronicznych

Wykład 5. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Opracował: mgr inż. Marcin Wieczorek

Obwód składający się z baterii (źródła siły elektromotorycznej ) oraz opornika. r opór wewnętrzny baterii R- opór opornika

I. Podstawowe wiadomości dotyczące maszyn elektrycznych

dr inż. Zbigniew Szklarski

Elektromagnetyzm. pole magnetyczne prądu elektrycznego

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 05/19. PRZEMYSŁAW FILIPEK, Lublin, PL WUP 06/19. rzecz. pat.

str. 1 Temat: Uzwojenia maszyn prądu stałego. 1. Uzwojenia maszyn prądu stałego. W jednej maszynie prądu stałego możemy spotkać trzy rodzaje uzwojeń:

Silnik indukcyjny - historia

Katedra Elektroniki ZSTi. Lekcja 12. Rodzaje mierników elektrycznych. Pomiary napięći prądów

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

Rozwój sterowania prędkością silnika indukcyjnego trójfazowego

Badanie trójfazowego silnika indukcyjnego pierścieniowego

SILNIK KROKOWY. w ploterach i małych obrabiarkach CNC.

Ćwiczenie 4 WYZNACZANIE INDUKCYJNOŚCI WŁASNEJ I WZAJEMNEJ

BADANIE SILNIKA WYKONAWCZEGO PRĄDU STAŁEGO

Selsyny Budowa: uzwojenie pierwotne (wzbudzenia) zasilane jednofazowo; uzwojenia wtórne (synchronizacji) trzy uzwojenia przesunięte względem siebie o

Laboratorium Elektroniki w Budowie Maszyn

OBLICZENIA POLOWE SILNIKA PRZEŁĄCZALNEGO RELUKTANCYJNEGO (SRM) W CELU JEGO OPTYMALIZACJI

Silniki prądu stałego. Wiadomości ogólne

Temat ćwiczenia: WŁASNOŚCI OBCIĄŻONEGO SILNIKA ELEKTRYCZNEGO

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

Badanie prądnicy synchronicznej

Rozrusznik. Elektrotechnika w środkach transportu 85

Pole magnetyczne Ziemi. Pole magnetyczne przewodnika z prądem

ANALIZA PORÓWNAWCZA SILNIKÓW LSPMSM TYPU U ORAZ W.

Temat ćwiczenia: WŁASNOŚCI OBCIĄŻONEGO SILNIKA ELEKTRYCZNEGO

Jeżeli zwój znajdujący się w polu magnetycznym o indukcji B obracamy z prędkością v, to w jego bokach o długości l indukuje się sem o wartości:

MAGNETYZM. PRĄD PRZEMIENNY

Gdy wzmacniacz dostarcz do obciążenia znaczącą moc, mówimy o wzmacniaczu mocy. Takim obciążeniem mogą być na przykład...

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

Przykład ułożenia uzwojeń

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie silnika bocznikowego prądu stałego

Modelowanie silników skokowych

PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL BUP 10/16. JAROSŁAW GUZIŃSKI, Gdańsk, PL PATRYK STRANKOWSKI, Kościerzyna, PL

Prostowniki. Prostownik jednopołówkowy

Czujniki prędkości obrotowej silnika

Temat ćwiczenia: WŁASNOŚCI OBCIĄŻONEGO SILNIKA ELEKTRYCZNEGO

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

Badanie transformatora

Projekt silnika bezszczotkowego prądu przemiennego. 1. Wstęp. 1.1 Dane wejściowe. 1.2 Obliczenia pomocnicze

Transkrypt:

Silniki prądu stałego z komutacją bezstykową (elektroniczną)

Silnik bezkomutatorowy z fototranzystorami

Schemat układu przekształtnikowego zasilającego trójpasmowy silnik bezszczotkowy Pojedynczy cykl pracy tranzystorów elektronicznego komutatora

Wyidealizowane zmienności prądów pasmowych przy przewodzeniu prądu przez tranzystor 120 elektrycznych Największą wadą silników prądu stałego jest obecność komutatora i szczotek. Elementy te stosunkowo szybko się zużywają i przez to wymagają okresowej kontroli. Zniszczenie komutatora mikrosilnika prądu stałego kwalifikuje go do wymiany. Dodatkowo iskrzenie na komutatorze wytwarza zakłócenia radioelektryczne oraz ogranicza możliwość stosowania tych silników w atmosferze zagrożonej wybuchem. Ta podstawowa wada została wyeliminowana w silniku z komutatorem elektronicznym. Trwałość silników tego typu jest bardzo duża i ograniczona jedynie trwałością jego łożysk. Silnik nie wymaga konserwacji. Przez zastąpienie komutatora bezzestykowym sterownikiem prądu w uzwojeniach silnika oraz przy możliwej bezżłobkowej konstrukcji stojana i wirnika maszyny uzyskuje się cichobieżność nawet przy dużych prędkościach obrotowych. Lepsze są własności rozruchowe i sprawność w porównaniu do konstrukcji klasycznej. W silniku komutatorowym moment obrotowy powstaje w wyniku współdziałania strumienia magnetycznego stojana i prądu uzwojeń wirnika. Właściwe zmiany kierunku prądu w cewkach wirnika w czasie jego obrotu zapewnia komutator. W silniku z komutatorem bezzestykowym konstrukcja jest odwrócona. Pole magnetyczne wytwarza magnes trwały będący wirnikiem, uzwojenia natomiast umieszczone są nieruchomo na stojanie. Są one zasilane poprzez tranzystory sterowane za pomocą bezzestykowych czujników położenia wirnika. Czujniki położenia mogą być oparte na zasadzie wykorzystania zjawiska optoelektronicznego, magnetoelektrycznego lub indukcyjnego. Do budowy komutatora elektronicznego często wykorzystuje się hallotrony. Napięcie wyjściowe hallotronu jest proporcjonalne do indukcji pola magnetycznego. Może ono w zależności od położenia wirnika względem stojana sterować tranzystor zastępujący komutator. Za pomocą tranzystora możemy regulować wartość prądu, nie można natomiast zmieniać kierunku jego przepływu. Narzuca to układ połączeń uzwojeń, przy którym zasilanie jest doprowadzone do tego uzwojenia, które przy danym położeniu wirnika będzie wytwarzało moment obrotowy we współdziałaniu z polem magnetycznym wirnika. Końce czterech cewek rozłożonych równomiernie na obwodzie stojana są zwarte i przyłączone do jednego bieguna źródła zasilania. Zasilając początki uzwojeń kolejno z drugiego bieguna zasilania uzyskujemy obrót wirnika skokami po 90.

Przebiegi momentu obrotowego w silnikach o komutacji bezzestykowej. Przebieg momentu obrotowego w czasie obrotu wirnika zależy od liczby kierunków strumieni wytwarzanych przez uzwojenia umieszczonych na stojanie. Na rysunkach pokazane są silniki o wirniku z promieniowo namagnesowanego magnesu trwałego, wytwarzającego strumień Φ w w szczelinie maszyny. Uzwojenia umieszczone są na bezżłobkowym stojanie, przez który zamyka się strumień wzbudzania. Początek uzwojenia jest oznaczony podwójnym kółkiem. Zakładamy praktycznie sinusoidalny rozkład strumienia Φ w w szczelinie. Wtedy przebieg momentu obrotowego w funkcji obrotu wirnika dla silnika z jednym uzwojeniem będzie miał kształt jak na rysunku 3.6 b. Jest to przebieg sinusoidalny, którego wartość średnia wynosi zero. Wyłączając zasilanie uzwojenia, w czasie gdy moment jest ujemny, uzyskamy wartość średnią momentu różną od zera. Niestety przy położeniu wirnika w zakresie 0 α r 180, gdzie napięcie jest odłączone i M e =0, silnik nie będzie mógł ruszyć. Niezerowy moment rozruchowy w każdym momencie zapewnia dopiero zastosowanie trzech uzwojeń na stojanie przesuniętych względem siebie o 120. Przy wyłączaniu zasilania kolejnych uzwojeń w zakresach kątów odpowiednio: dla cewki 1-30 α r 210 dla cewki 2 90 α r 330 dla cewki 3-150 α r 90 Moment obrotowy nie ma stałej wartości. Wahania momentu mogą być szkodliwe dla wielu rodzajów napędów. Praktycznie stałą wartość momentu obrotowego w funkcji obrotu wału silnika można uzyskać dopiero przy zastosowaniu czterech uzwojeń.

Schemat zasilania silnika z czterema uzwojeniami przesuniętymi względem siebie o 90 pokazano na rysunku 3.7. Jako czujniki położenia wału zastosowano tu dwa hallotrony umieszczone w jarzmie i przesunięte o 90. _ T3 L3 L4 L2 N I S II H1 H2 T4 T2 T1 L1 + M1 I I M2 I=0 II M2 II M1 II M II= M I=const α r Układ połączeń uzwojeń, hallotronów i tranzystorów w silniku o komutacji bezzestykowej oraz momenty w położeniach I i II wirnika Zakładając stałość prądu sterującego hallotrony i sinusoidalny rozkład indukcji wzdłuż szczeliny, otrzymamy na wyjściu hallotronu sinusoidalnie zmienne napięcie Halla w czasie obrotu wirnika. Zasilane tym napięciem bazy tranzystorów (pracujących na liniowej części charakterystyki) sterują zasilaniem uzwojeń. Przy tych założeniach prąd kolektora, a tym samym przepływ uzwojeń silnika jest sinusoidalnie zmienny. Na rysunku biegun N wirnika znajduje się bezpośrednio pod hallotronem H 1, a więc jego napięcie wyjściowe osiąga wtedy maksimum. Tranzystor T 1 o ujemnie wysterowanej bazie przewodzi wtedy maksymalną wartość sinusoidalnie zmiennego prądu kolektora. Uzwojenie L 1 wytwarza maksymalną wartość przepływu Φ s, który jest przesunięty względem strumienia wytworzonego przez magnes trwały wirnika Φ w o kąt β=90. Dzięki temu powstaje moment obrotowy: M = CΦ Φ sin β = CΦ e w s w s Tranzystor T 3 jest zablokowany ponieważ jego baza jest wysterowana dodatnio. Tranzystory T 2,T 4 są również zablokowane, gdyż hallotron H 2 znajduje się w zerowym polu magnetycznym. Proporcjonalność napięcia Halla do wartości strumienia zapewnia kosinusoidalne zmiany przepływu uzwojenia L 1 sterowanego hallotronem H 1. Zmiany przepływu uzwojenia L 2 sterowanego hallotronem H 2 są sinusoidalne. W chwili gdy wirnik obróci się o kąt α r od położenia I, hallotron H 2 znajdzie się w polu magnetycznym i moment zaczną wytwarzać dwa uzwojenia L1 oraz L2. Zmiany momentów obrotowych wywołanych przez te uzwojenia opisane są zależnościami: 2 r M I = CΦ wφ s cos α M = CΦ sin 2 r II w s Moment wypadkowy M e będący sumą momentów M I i M II wyniesie: Φ α Φ

M e I II w s 2 r 2 r ( cos α + sin ) = CΦ wφ s = M + M = CΦ Φ α i będzie stały w całym przedziale zmienności 0 α r 90. W chwili gdy wirnik osiągnie położenie α r =90, uzwojenie L 2 przejmuje funkcję uzwojenia L 1, natomiast L 3 funkcję L 2 itd., a więc wypadkowy moment pozostanie stały w czasie pełnego obrotu wirnika. Nieznaczne wahania momentu obrotowego jakie mogą wystąpić w omawianym układzie są powodowane nieliniowościami charakterystyk użytych hallotronów i tranzystorów. Nierównomierność biegu podczas jednego obrotu wirnika będąca skutkiem tych wahań jest o rząd wielkości mniejsza niż w silniku z uzwojeniem trójcewkowym. Układ regulacji prędkości obrotowej opisywanego wyżej silnika