Napędy urządzeń mechatronicznych - projektowanie Dobór silnika skokowego do pracy w obszarze rozruchowym
Precyzyjne pozycjonowanie (Velmix 2007)
Temat ćwiczenia - stolik urządzenia technologicznego (Szykiedans, Wierciak 2008) Stolik z gniazdami Δγ mech Przekładnia cięgnowa Silnik napędowy
Hybrydowy silnik skokowy (Siemens 2000)
Pozycjonowanie w rozruchowym obszarze pracy silnika skokowego (Wierciak 2009) n n ( 1, 2,... k) Częstotliwość taktowania f (Prędkość kątowa ω) Przemieszczenie kątowe γ γ kątowe przemieszczenie wirnika (rad), Θ nominalny skok silnika (rad), n numer bieżącego taktu komutacji (1), k zadana liczba impulsów taktujących (1), Δγ γ s f t Θ f t f f t ustalona częstotliwość taktowania (Hz), T p długość cyklu pozycjonowania (s), ω s prędkość kątowa wirnika Czas t T p
Algorytm doboru silnika skokowego do pracy rozruchowej (Portescap 1996, Wierciak 2009) A. Sprawdzenie możliwości realizacji napędu bezpośredniego: A.1. Obliczenie częstotliwości taktowania A.2. Wybranie silnika o wystarczającym momencie A.3. Obliczenie granicznej częstotliwości rozruchowej A.4. Sprawdzenie warunku częstotliwościowego B. Dobór układu z przekładnią: B.1. Wstępne wybranie silnika B.2. Obliczenie przełożenia przekładni B.3. Obliczenie częstotliwości taktowania B.4. Obliczenie zredukowanego momentu obciążającego B.5. Sprawdzenie warunku częstotliwościowego
Obliczenie częstotliwości taktowania w napędzie bezpośrednim (Portescap 1996) f t 1 T p T p - wymagany czas realizacji przemieszczenia (s) Δγ - wymagane przemieszczenie kątowe wirnika ( ) Θ - kąt skoku silnika ( )
Dobór silnika pod względem momentu (Shinano Kenshi 2008, Wierciak 2009) M mech max 0 f t f 0k M mech max 0 f t f 0k - maksymalny moment obciążający przy częstotliwości taktowania f t (Nmm) - wymagana częstotliwość taktowania (Hz) - graniczna częstotliwość pracy rozruchowej silnika przy obciążeniu masowym momentem bezwładności podanym przez producenta (Hz)
Charakterystyki mechaniczne silnika skokowego (Jaszczuk 2000) A - graniczna charakterystyka rozruchowa silnika, B - graniczna charakterystyka pracy silnika; J 0 - masowy moment bezwładności wirnika J 2 > J 1 - masowe momenty bezwładności obciążenia
Obliczenie granicznej częstotliwości rozruchowej silnika (Wierciak 2009) f 0 f 0k J m J 2J m pom f 0 f 0k - graniczna częstotliwość rozruchowa silnika obciążonego masowym momentem bezwładności równym masowemu momentowi bezwładności wirnika (kgm 2 ) - graniczna częstotliwość pracy rozruchowej silnika przy obciążeniu masowym momentem bezwładności podanym przez producenta (Hz) J m - masowy moment bezwładności wirnika (kgm 2 ) J pom - moment bezwładności obciążający silnik przy wyznaczaniu charakterystyk (kgm 2 )
Obliczenie granicznej częstotliwości rozruchowej napędzanego układu (Portescap 1996) f 1 f 0 2J J m m J r f 0 - graniczna częstotliwość rozruchowa silnika obciążonego masowym momentem bezwładności równym masowemu momentowi bezwładności wirnika (kgm 2 ) f 1 - graniczna częstotliwość rozruchowa silnika obciążonego masowym momentem bezwładności J r (kgm 2 ) J m - masowy moment bezwładności wirnika (kgm 2 ) J r - zredukowany masowy moment bezwładności obciążenia (kgm 2 )
Sprawdzenie warunku częstotliwościowego (Shinano Kenshi 2008, Wierciak 2009) M mech max 0 M mech max 1 f t f 1 f 0k
Algorytm doboru silnika skokowego do pracy rozruchowej (Portescap 1996, Wierciak 2009) A. Sprawdzenie możliwości realizacji napędu bezpośredniego: A.1. Obliczenie częstotliwości taktowania A.2. Wybranie silnika o wystarczającym momencie A.3. Obliczenie granicznej częstotliwości rozruchowej A.4. Sprawdzenie warunku częstotliwościowego B. Dobór układu z przekładnią: B.1. Wstępne wybranie silnika B.2. Obliczenie przełożenia przekładni B.3. Obliczenie częstotliwości taktowania B.4. Obliczenie zredukowanego momentu obciążającego B.5. Sprawdzenie warunku na moment silnika
Wstępny wybór silnika (Shinano Kenshi 2008, Wierciak 2009)
Układ napędowy z przekładnią - obliczenie przełożenia (Portescap 1996) i p J mech J m J mech - masowy moment bezwładności napędzanych elementów (kgm 2 ) J m - masowy moment bezwładności wirnika (kgm 2 ) i p - przełożenie przekładni (1)
Obliczenie częstotliwości taktowania w napędzie z przekładnią (Wierciak 2009) Częstotliwość taktowania f t 1 T p T p - wymagany czas realizacji przemieszczenia (s) Δγ - wymagane przemieszczenie kątowe wirnika ( ) Θ - kąt skoku silnika ( ) Zredukowany kąt obrotu Δ Δ mech i p i p - przełożenie przekładni (1) Δγ mech - wymagane przemieszczenie kątowe mechanizmu (rad) Δγ - wymagane przemieszczenie kątowe wirnika (rad)
Obliczenie zredukowanego momentu obciążającego (Wierciak 2009) M r M p mech i p M mech - moment potrzebny do napędzania mechanizmu (N mm) M r - zredukowany moment obciążający (N mm) i p - przełożenie przekładni (1) η p - sprawność przekładni (1)
Sprawdzenie warunku na moment silnika (Shinano Kenshi 2008, Wierciak 2009) M max M r f t f 0k
Wpływ rodzaju sterownika i sposobu sterowania (Phillips 2001, Szykiedans 2006) F 100% 1 3 50% 4 2 5 Sterowanie : 0 1. bipolarne, stałoprądowe, cewki uzwojenia połączone równolegle; 2. bipolarne, stałoprądowe, cewki uzwojenia połączone szeregowo; 3. unipolarne, stałoprądowe; 4. unipolarne, napięciowe, z dodatkową rezystancją; 5. unipolarne, napięciowe; 6. bipolarne, napięciowe. 6 [Phillips 2001] f
Wpływ rodzaju sterownika i sposobu sterowania (Szykiedans 2006) F a b f a f b Porównanie charakterystyk siłownika skokowego, dla pasm komutowanych pojedynczo (a) i parami (b). f Linią przerywaną pokazano hipotetyczną możliwość zastosowania zmiany sposobu komutacji. (f a i f b częstotliwości drgań własnych)