NAPĘD ELEKTRYCZNY

N. EL. - zespół połączonych ze sobą i oddziałujących ze sobą elementów wykorzystując energię elektryczną, służącą do nadawania ruchu maszynie roboczej. W najprostszych układach występuje jednokrotne przetwarzanie energii. W układach złożonych energia elektryczna nim zostanie przekazana maszynie, może być przetwarzana lub mogą być zmieniane jej parametry.

UKŁAD NAPĘDOWY ZASILANY ZE ŹRRÓDŁA ENERGII CHARAKTERYZUJE SIĘ:

• wartością mocy,

• napięciem stałym lub przemiennym,

• wartością napięcia (np. 380V, 220V),

• liczbą faz,

• wartością częstotliwości,

• wartością rezystancji,

• kształtem napięcia (np. sinusoidalny, prostokątny).

Napęd el. przeszedł wiele etapów rozwojowych, OBECNA KLASYFIKACJA:

• n. el. transmisyjny - w którym jeden silnik elektryczny napędza za pośrednictwem przekładni większość maszyn roboczych zainstalowanych w danym zakładzie,

• n. el. grupowy - w którym osobny silnik elektryczny napędza pewną grupę maszyn,

• n. el. jednostkowy - w którym każda maszyna ma swój osobny silnik napędowy,

• n. el. wielosilnikowy - gdzie poszczególne mechanizmy złożonej maszyny roboczej są napędzane przez osobne silniki elektryczne.

ZALETY NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH:

• mały koszt uzyskiwania energii i proste doprowadzenie energii do silnika,

• niezmienność parametrów pracy,

• zwarta konstrukcja silników,

• małe wymiary urządzeń sterujących,

• cicha praca,

• brak zanieczyszczeń otoczenia,

• bezpieczeństwo pracy,

• eksploatacja bez nadzoru i obsługi w przypadku niewielkiej liczby zabiegów konstrukcyjnych.

NAPĘDY Z SILNIKAMI SKOKOWYMI

SILNIK SKOKOWY (KROKOWY) - przetwarza ciąg impulsów sterujących na ciąg obrotów kątowych. Kąt obrotu wirnika jest proporcjonalny do impulsów sterujących, a prędkość obrotowa do częstotliwości tych impulsów. Silniki skokowe wykorzystuje się głównie tam, gdzie są małe obciążenia.

PODZIAŁ SILNIKÓW SKOKOWYCH ZE WZGLĘDU NA KONSTRUKCJĘ I ZASADĘ DZIAŁANIA:

1. silniki o wirniku biernym z momentem reluktancyjnym,

2. silniki o wirniku czynnym, wykorzystujące moment synchroniczny wzbudzony (maszyny magnetyczne),

3. silniki hybrydowe, wykorzystujące moment synchroniczny i moment reluktancyjny.

ZALETY SILNIKÓW SKOKOWYCH:

• silniki pracuje z pełnym momentem w stanie spoczynku,

• precyzyjnie pozycjonuje i powtarza ruch,

• możliwość szybkiego rozbiegu i hamowania oraz zmiany kierunku ruchu,

• stosunkowo niezawodne ze względu na brak szczotek, zależne tylko od żywotności łożysk,

• łatwiejsze i tańsze w sterowaniu (w porównaniu do innych),

• osiągają małe prędkości z ciężarem umocowanym na osi,

• szeroki zakres prędkości obrotowych uzyskiwany dzięki temu, że prędkość jest proporcjonalna do ilości impulsów,

• możliwość dokładnego sterowania pętli otwartej (nie jest potrzebne sprzężenie zwrotne- informacji o położeniu).

WADY SILNIKÓW SKOKOWYCH:

• występowanie rezonansów mechanicznych,

• trudność pracy przy dużych prędkościach,

• małe maksymalne obroty,

• możliwość gubienia kroków,

• duże pobory prądu,

• stosunkowo duża emisja ciepła.

ZASTOSOWANIE

• bardzo szerokie zastosowanie w automatyce,

• w urządzeniach pomiarowych (np. w zegarkach),

• w robotach do sterowania ramion i innych części robota,

• w drukarkach do sterowania ruchem głowy, igły i do przesuwania papieru,

• w napędach CD i DVD do ruchu głowicy,

• w samochodach.

PRACA:

Silnik krokowy nie obraca się jednostajnie, lecz skokowo. Magnesy stałe (na wirniku) są przyciągane przez uzwojenia elektromagnesów (w stojanie), w których włączanie następuje w ustalonej kolejności. Położenie wirnika zależy od sił przyciągania jego dwóch magnesów stałych i elektromagnesów w stojanie. Każde przełączanie napięcia do innej pary uzwojenia w stojanie wywołuje jednej krok w wirniku. Następujące po sobie sekwencje włączania i wyłączania elektromagnesów powodują pełen obrót wirnika. Silniki krokowe sterowane przez mikroprocesory stosuje się do dokładnego ustawiania ramion manipulacyjnych robotów i w stacjach dysków

NAPĘDY PRĄDU STAŁEGO Z SILNIKAMI KOMUTATOROWYMI

Napędy te stosowane są od dawna, a dojrzałe w swej konstrukcji silniki prądu stałego, z magnesami trwałymi w stojanie, z mechaniczną komutacją prądu w uzwojeniu wirnika, są dość szeroko rozpowszechnione np. w serwonapędach obrabiarek sterowanych numerycznie i robotach.

NAJCZĘŚCIEJ STOSOWANE RODZAJE SERWOMECHANIZMÓW SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO:

1. komutatorowe o stałym wzbudzeniu od magnesów trwałych,

2. szybkoobrotowe z płaskimi wirnikami i wzbudzeniem stałym,

3. wolnoobrotowe, wysokomomentowe, stosowane w napędach bezpośrednich.

WADY

• ograniczona trwałość szczotek w komutatorach silnika prądu stałego,

• ograniczone wykorzystanie w środowiskach zagrożonych wybuchem,

• występowanie dodatkowych przekładni między silnikiem elektrycznym i elementem wykonawczy.

ZALETY SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO Z BIEGUNAMI TRWAŁYMI NA PRZYKŁADZIE SILNIKA TARCZOWEGO:

• bardzo mały moment bezwładności wirnika,

• lepszy przebieg komutacji niż w silniku tradycyjnym,

• prostoliniowa charakterystyka mechaniczna,

• stały moment w całym zakresie prędkości,

• wysoki zakres prędkości obrotowej (1-3000 obr/min),

• możliwość uzyskania idealnie liniowej zależności SEM od prędkości,

• małe wymiary.

WADY SILNIKA TARCZOWEGO:

• duży koszt wytworzenia,

• mniejsza trwałość przy większych mocach.

Rys. Szybkoobrotowy z płaskim wirnikiem ze wzbudzeniem stałym

Sposób funkcjonowania silnika prądu stałego
Prosty silnik prądu stałego z trwałymi magnesami. W uzwojeniu wirnika płynie prąd, wokół wirnika powstaje pole magnetyczne. Lewa strona wirnika jest odpychana przez lewy biegun trwałego magnesu w prawo, powodując obrót wirnika	Wirnik kontynuuje obrót.	Gdy wirnik osiągnie położenie pionowe, komutator zmienia kierunek płynącego przez elektromagnesy wirnika prądu, zmieniając kierunek wytworzonego pola magnetycznego. Proces powtarza się.

UKŁAD STEROWANIA I AUTOMATYKI

SIEĆ ZASILAJĄCA

UKŁAD

ZASILAJĄCY

MASZYNA ROBOCZA

SILNIK

ELEKTRYCZNY

URZĄDZENIE

PĘDNE

UKŁAD NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO

WIRNIK

STOJAN

UZWOJENIA ELEKTROMAGNETYCZNE

MAGNES STAŁY

S

S

S

N

N

N

---