Upravljivi elektromehanički sustavi (motor s pretvaračem) s radnim mehanizmom

Transcript

1 Upravljivi elektroehanički sustavi (otor s pretvarače) s radni ehanizo Osnovna svrha proučavanja električnih strojeva i pripadnih energetskih pretvarača je upravljanje s različiti tipovia radnih ehanizaa u široko rasponu radnih brzina i traženi oenata, a sve zbog ispunjavanja definiranog radne (tehnološke) zadaće Pri toe se vrlo često, iz zahtjeva za veliki vrijednostia zahtijevanih oenata, ora izeđu otora i radnog ehaniza postaviti odgovarajući prijenosnik snage i gibanja, koji osigurava prilagodbu ehaničkih karakteristika otora ehanički karakteristikaa radnog ehaniza Prijer takvog prijenosnika je često korišteni zupčasti prijenosnik snage i gibanja, reduktor ili ultiplikator (ovisno da li se sanjuje ili povećava radna brzina)

2 Karakteristike otora i radnih ehanizaa Za pogon radnih ehanizaa često se koriste električki strojevi, koji električku energiju (određenu napono u i strujo i) pretvaraju u ehaničku energiju (određenu oento i brzino vrtnje ). Rado otora upravlja pretvarač, koji ia ulogu pojačala snage, te napon i struju izvora napajanja prilagođava otoru (aktuatoru) Električki aktuator ože biti znatno složeniji. Ovisno o funkciji koju obavlja on ože integrirati električni otor, ehanički prijenosnik snage i gibanja a oguće da se u to nizu prea radno ehanizu nađu i neke druge koponente (npr. ventili,) U opće je slučaju otor s radni ehanizo spojen preko ehaničkog prijenosa (zupčastog prijenosnika-reduktora ili reenice), koji prilagođava oent i brzinu vrtnje radno ehanizu.

3 r r r t t r t r t

4 Karakteristike otora i radnih ehanizaa Kada radni ehaniza obavlja translacijsko kretanje, u svojstvu ehaničkog prijenosa koristi se pužni prijenos ili nazubljena letva, koji rotacijsko kretanje otora pretvaraju u translacijsko kretanje radnog ehaniza. Kod translacijskih otora koji obavljaju translacijsko gibanje, nije potreban ehanički prijenos za spajanje s radni ehanizo. Po analogiji se u novije vrijee nastoje razviti rotacijski strojevi s takvi karakteristikaa (brzino vrtnje i oento ), da se ogu direktno (bez ehaničkog prijenosa) spojiti s radni ehanizo (engl. direct drive systes) Općenito vrijedi da se utjecaj radnog ehaniza na statičke i dinaičke karakteristike pogona uzia u obzir na taj način da se oenti troosti reduciraju (svedu) na jednu osovinu, a to je najčešće osovina otora.

5 PRIMER: Potrebno je sve zaašne ase svesti na osovinu otora (koju zaašnu asu VIDI OSOVINA MOTORA?) Pretpostavlja se (zbog jednostavnosti) da je reduktor bez gubitaka

6 NAPOMENA za izračun ekvivalentnog oenta troosti ase koja se translatorno (pravocrtno) giba Ako se radno ehanizu asa translacijski (pravocrtno) giba brzino v, ona se nadoješta ekvivalentni oento troosti (inercije) koju otor vidi na svojoj osovini. Prijer: Ovješeni teret na dizalici! Ekvivalentni oent troosti za tu asu se izračunava također izjednačavanje kinetičke energije ase koja se giba pravocrtno, s kinetičko energijo rotirajuće ase oenta troosti koja se nalazi na osovini otora.

7 + + + Ukupna zaašna asa na osovini otora je jednaka zbroju svih zaašnih asa reduciranih na osovinu otora tj. Masa Masa Zaašna asa tereta D D D v E k

8 Ukupna zaašna asa reducirana na osovinu otora iznosi D Za vježbu: Napišite diferencijalnu (dinaičku) jednadžbu koja povezuje razvijeni oent otora potreban za dizanje ase tereta!!! () Zaključak: oent troosti rotirajuće ase iza prijenosnika reducira se na stranu otora s kvadrato prijenosnog ojera i, (). Da bi se dobio iznos oenta radnog ehaniza reduciran na stranu otora potrebno je koristiti relaciju ηp P, gdje je η koeficijent korisnosti prijenosa snage

9 gibanja gibanja gibanja ( t) t ( t) + u ( t) d( t) dt () t kutna d u u d( t) dt ()

10 (4) t (5) sustava η rr η tη rr η t η η red (6)

11 i red i r t ηi r (7) i / r η i η t r r t r t rη i

12 f ( ) f ( ) t sinkronog asinkronog istosjernog otora s nezavisno uzbudo istosjernog otora sa serijsko uzbudo Pozitivni (negativni) oent je oent koji rezultira pozitivni (negativni) prirasto brzine vrtnje.

13 sinkroni otor asinkroni otor Istosjerni otor s nezavisno uzbudo Istosjerni otor sa serijsko uzbudo

14 r r t i r t (8) t i r i r

15 t

16

17 Tvrdoća karakteristike Tvrdoća karakteristike ože biti različita za različita područja karakteristike i definirana je ojero prirasta oenta i postignutog prirasta brzine vrtnje d Δ dt Δt β, βt d Δ d Δ (9) Tvrđa karakteristika znači veliki iznos koeficijenta β

18 Stabilnost radne točke Radna točka je stabilna, ako uslijed poreećaja izazvanog oento tereta t i sanjenje brzine u odnosu na radnu točku (Δ<0), nastane dinaički oent - t d >0, pri čeu je ojer prirasta oenta d i postignutog prirasta brzine u toj točki Δ negativan. Vrijedi d < 0 Δ (0) Stabilnost radne točke određena je karakteristikaa otora i radnog ehaniza. Radna točka je stabilna ako se pogon nakon prestanka djelovanja opterećenja vrati u prvotnu radnu točku. Drugi riječia, projena brzine vrtnje od te radne točke i dinaički oent koji pri toe nastane, oraju iati suprotne predznake

19 t t, t

20 Stabilnost radne točke Radna točka A na slici je stabilna, jer ako poreećaj izaziva efektivno povećanje opterećenja (karakteristika ), dolazi do sanjenja brzine vrtnje. Radna točka B je nestabilna ako radni ehaniza ia karakteristiku oblika, a postaje stabilna ako radni ehaniza ia karakteristiku oblika.

21 Zahtjevi radnih ehanizaa aksialna snaga otora u trajno radu aksialni otorski oent u prijelaznoj pojavi npr. pri startu potreba reverziranja brzine vrtnje i oenta otora - projena sjera energije Rad s potencijalni i/ili s reaktivni tereto (vuča-dizalični pogon) Podaci za projektiranje takvog elektroehaničkog sustava se dobivaju iz podatka trajne snage ehaničke karakteristike oent/brzina podatka o inerciji (oent inercije) potrebnog vreena ubrzanja i usporenja

22 Dinaička stanja, Kvadranti rada, 4Q, općenit slučaj brzina + Q Q Motor - Motor P < 0 Sjer energije P > 0 Sjer energije Mreža ili otpornik Mreža Motor Motor P > 0 Sjer energije P < 0 Sjer energije Mreža + Mreža ili otpornik Moent (T) Q Q4 -

23 POTSETNIK!!! AM, osnovni pojovi, ucrtana sao osnovna karakteristika 0<s< otorski način rada s> protustrujno kočenje s<0 generatorsko kočenje s s n M n M M k prekretno (aksialno) klizanje noinalno klizanje noinalni oent prekretni (aksialni) oent potezni oent (kod s)

24 M PODSETNIK!!! AM - načini upravljanja M ax M R Rr R r r 4 R r R r5 M k M n R < R < R < R < R r r r r 4 r 5 0 n n ax n n n s s s ax s n 0 M U U > > U > U U 4 s s s s pr pr pr pr4 0 f f f 5 4 f f s U U U 4 0 s pr s f f f f f f f4 f f5

25 PODSETNIK: Kočenje AM-a s potencijalni oento tereta

26 PODSETNIK: Generatorsko kočenje AM-a (s potencijalni tereto) i 4-kvadrantni rad 4 - +

27 Istosjerni 4 kvadrantni (4q) elektrootorni pogon L L L Antiparalelni spoj usjerivača s vreenski zatezanje priliko reverziranja, (bez kružnih struja) L L L M Antiparalelni spoj usjerivača bez vreenskog zatezanja priliko reverziranja (s kružni strujaa).

28 Pitanja za 4Q istosjerni elektrootorni pogon Koja je prednost usjerivača bez kružnih struja u odnosu na usjerivač s kružni strujaa? Koji je nedostatak usjerivača bez kružnih struja u odnosu na usjerivač s kružni strujaa? Na osnovu čega se u dinaici reverziranja utvrđuje koji od usjerivačkih ostova (u spoju s kružni strujaa) treba biti uključen? Koji uvjet ora biti ispunjen da bi usjerivač s kružni strujaa ogao raditi s istovreeno uključena oba usjerivačka osta (A i B)? Koja je funkcija prigušnica u usjerivačko spoju s kružni strujaa? Koja je inačica usjerivačkog osta pogodnija za prijenu u dinaički zahtjevni elektrootorni sustavia Usporedite cijenu usjerivačkih spojeva s i bez kružnih struja?

29 Istosjerni 4 kvadrantni usjerivači (AC/DC)pretvarači Spoj usjerivača s vreenski zatezanje priliko reverziranja, (bez kružnih struja) M 4 n - +

30 ZADATAK : Istosjerni nezavisno uzbuđeni otor (s konstantno uzbudo) nazivnih podataka 70V, 5A, 000 rp, η0.95 i otporo arature Ra0.05Ω,. koristi se za pogon transportnih kolica u skladišno (tvorničko) prostoru. a) S obziro na tip električnog aktuatora i funkciju koju obavlja, koje biste energetsko pojačalo (pretvarač) odabrali? Skicirajte sheu tog pretvarača i objasnite na koji način je oguće ijenjati brzinu kretanja transportnih kolica b) Pogonski otor je izlazno osovino reduktora korisnosti η0.9 projera d5 spojen na pogonske kotače transportnih kolica. Koliko ora iznositi prijenosni ojer reduktora da bi se pri 000 rp pogonskog otora na pogonski kotačia dobio okretni oent od 50 N c) Kolika je postotna projena brzine vrtnje otora u odnosu na brzinu praznog hoda, ako se opterećenje ijenja od 0-Mn? d) Uz odabrani prijenosni ojer reduktora (pod b)), kojo brzino se vrte pogonski kotači? Koliko ora iznositi projer pogonskih kotača D, da bi se transportna kolica kretala aksialno brzino od 5/s e) Koliko ora iznositi napon arature pogonskog istosjernog otora da bi se uz noinalno opterećenje postigla brzina kretanja kolica od /s?

31 NAPAANE DIGITALNI SUSTAV REGULACIE ENERGETSKI PRETVARAČ TAHOGENERATOR TG ISTOSMERNI POGONSKI MOTOR REDUKTOR D IZLAZNA OSOVINA POGONSKI KOTAČ d

32 Budući da se transportna kolica napajaju iz akuulatorske baterije potrebno je za pretvarač odabrati istosjerni pretvarač (čoper). Potrebno je da je napon akuulatorske baterije jednak (ili veći) od napona otora (npr. dvije baterije u seriju, tj. x4v, danas aku-baterije od 4V postaju standard u auto industriji). Zbog zahtjeva dva sjera kretanja kolica i kočenja, odabire se četverokvadrantni čoper. Upravljanje sklopkaa se izvodi pulsnoširinsko etodo. Za upravljanje ovakvi EMP-o standardno se upotrebljava krug regulacije brzine vrtnje otora s podređeni krugo regulacije struje arature.

33 a)tranzistorski čoper (DC-DC pretvarač) + S S u i S 4 S Valni oblici napona na otoru U a i struje otora I a Upravljanje iz autononog izvora

34 ) ( ) (. : i M M M i n n M M M M M tj P P vrijedi reduktor za N n P P M W P P W I U P red t red t red red n e e η η η η π η b)

35 c) Brzina P.H. (praznog hoda) i nazivna brzina otora odnose kao ojer napona napajanja i protuelektrootorne sile. Naie, u P.H. je protu EMS jednaka naponu napajanja dok u nazivnoj radnoj točki protu EMS iznosi: U n I E U n n R a I n + E R a ,05 6,75V Ojer brzina P.H. i nazivne brzine otora odnose se kao 70/ , tj. brzine se u nazivnoj točki sanji za 0% u odnosu na brzinu praznog hoda

36 d) n v D D n v D n D v rp i n n n n i π π π

37 e) Koliki napon arature treba da se dobije brzina od /s v 60v n i rp Dπ En nn ; E 6.75 E n 000 U / s I n R a + E 44.5V 8.5V f) Koliki faktor opterećenja je potreban za taj napon U sr δ δ (δ ) U U sr + U U 0,76 d d d 44, ,76