Definicja napędu:

Napędem nazywamy układ (system) którego zadaniem jest przeniesienie energii ze źródła do zespołu roboczego maszyny, urządzenia itp i który składa się z:

• silnika wraz z jego sterowaniem

• zasilacza (źródło energii)

• mechanizmów (tzw łańcuch kinematyczny) łączących silnik z zespołem roboczym

(te mechanizmy często spełniają rolę zamiany ilości i kierunku prędkości,momentu).

Zadania stawiane napędom:

• uruchomienie i podtrzymywanie ruchu zespołu roboczego

• zapewnienie odpowiednich parametrów kinematycznych ruchu i niezbędnej energii (mocy, momentu, siły)

• zapewnienie wymaganej dokładności ruchu, np. pozycjonowania i pożądanej równomierności ruchu.

Wymagania stawiane napędom:

• sztywność charakterystyki mechanicznej

• odpowiednie charakterystyki rozruchu i hamowania

• przeciążalność

• zdolność do sterowania (zmiany) ruchem (sterowanie ilością i kierunkiem ruchu)

• odpowiednie właściwości dynamiczne.

Wymagania szczególne:

- Sztywna charakterystyka mechaniczna,

- Wysoki moment rozruchowy,

- Duża rozpiętość prędkości

- Dobre właściwości dynamiczne

- Duża przeciążalność.

Napędem mechatronicznym będziemy nazywali taki układ (system) którego zadaniem jest realizacja ruchu lub sił (momentów) i który składa się z:

• napędu (aktor, actuator)

• układu sterowania (sterownik)

• układów pomiarowych (sensorów) jako członów sprzężenia zwrotnego.

Zadania stawiane napędom mechatronicznym:

• ruch z programowaną prędkością, przyspieszeniem, itp.,

• ruch z programowanym przemieszczeniem, pozycjonowaniem (serwonapędy),

• ruch z programowaną siłą, momentem siły, itp.

Wymagania stawiane napędom mechatronicznym:

W zależności od zadania stawianego napędom mechatronicznym:

• sztywność charakterystyki mechanicznej

• odpowiednie charakterystyki rozruchu i hamowania

• przeciążalność

• zdolność do sterowania (zmiany) ruchem (sterowanie ilością i kierunkiem ruchu)

• odpowiednie właściwości dynamiczne

• odpowiednie charakterystyki siłowe (sterowanie wielkością i kierunkiem sił).

Silniki napędowe elektryczne

1. Prądu przemiennego

1. Trójfazowe asynchroniczne

2. Trójfazowe synchroniczne

2. Prądu stałego

1. O budowie konwencjonalnej (szeregowe, bocznikowe, obcowzbudne, samowzbudne)

2. Z komutacją elektroniczną (bezszczotkowe)

3. Skokowe

4. Liniowe i momentowe

SILNIK ASYNCHRONICZNY

Charakterystyka mechaniczna silnika - Zależność momentu napędowego M od prędkości obrotowej n (kątowej ) lub poślizgu s.

Z uwagi na duży pobór prądu podczas rozruchu, konieczność przeprowadzenie rozruchu na charakterystyce sztucznej.

Metody rozruchu:

• obniżenie napięcia U1f (gwiazda -trójkąt, autotransformator)

• „wtrącanie” dodatkowej rezystancji w obwód wirnika (silnik pierścieniowy)

Zastosowanie przełącznika „gwiazda - trójkąt” obniża pobór prądu ok. 3 razy

Dodatkowy rozrusznik - zalety

1. Możliwość dowolnego kształtowania przebiegu prądu

2. Możliwość uzyskania wyższego momentu rozruchowego

PRZECIĄŻALNOŚĆ

Możliwość pracy pod przeciążeniem ale w ograniczonym przedziale czasu (kryterium cieplne)

Sterowanie prędkością:

W silniku asynchronicznym sterowanym konwencjonalnie w zasadzie nie ma możliwości sterowania prędkością.

n=(60f/p)*(1-s)

Sposoby zmiany prędkości:

• zmiana poślizgu s (niekorzystne skutki w postaci zmniejszenia sztywności, sprawności - tylko dla silników pierścieniowych)

• zmiana liczby faz w stojanie silnika (zmiana liczby par biegunów p), tzw silniki wielobiegowe.

• zmiana częstotliwości (zaawansowane napędy falownikowe).

Zalety:

możliwość zmniejszenia liczby stopni przekładni mechanicznej

Wady:

• zwiększone gabaryty silnika

• zróżnicowana moc i moment napędowy na poszczególnych stopniach

Silnik asynchroniczny - podsumowanie

• Bardzo dobra (sztywna) charakterystyka mechaniczna

• Bardzo dobra przeciążalność

• Dobre właściwości rozruchowe ale wymagające rozruchu (hamowania) na charakterystyce sztucznej

• Niesterowalność prędkością obrotową (sterowanie prędkością obrotową wymaga znacznych nakładów - napędy

falownikowe)

• Pogarszająca się nierównomierność ruchu w miarę obniżania prędkości obrotowej

Silnik synchroniczny - zalety i wady

Zalety (w porównaniu do silnika asynchronicznego):

• idealnie sztywna charakterystyka mechaniczna

• korzystniejsze wskaźniki energetyczne (cos , sprawność)

• wyższa równomierność ruchu zwłaszcza dla małych prędkości.

Wady ( w porównaniu do silnika asynchronicznego):

• zdecydowanie bardziej utrudniony rozruch

• potrzeba stosowania dwóch źródeł energii elektrycznej (prądu przemiennego trójfazowego i prądu stałego).

Wady silników synchronicznych stały się powodem bardzo rzadkiego ich stosowania w maszynach i urządzeniach

wymagających częstego startu i zatrzymywania.

Stojan silnika synchronicznego ma taką samą budowę jak i stojan silnika asynchronicznego ale uzwojenia połączone są na ogół w gwiazdę.

Wirniki konwencjonalne wymagają dostarczania prądu stałego do obracającego się wirnika (szczotki i pierścienie)

Wirnik z magnesami trwałymi:

- z biegunami wydatnymi (p=1 lub p=2) - jawnobiegunowy,

= Z biegunami utajonymi (p=2)

= Niewzbudzony

Charakterystyka mechaniczna bardzo zależy od konstrukcji wirnika

Metody kształtowania charakterystyki:

• obniżanie napięcia zasilającego U1 (zmniejszenie sztywności i momentu)

• obniżanie pola magnetycznego wirnika (obniżanie E) - tylko dla silników z wirnikami konwencjonalnymi

Silnik synchroniczny - własności rozruchowe

Silniki synchroniczne nie rozwijają żadnego momentu rozruchowego. Dlatego rozruch może odbywać się tylko w sposób sztuczny:

1) Jako silnik asynchroniczno-synchroniczny (dodatkowa klatka podobna do wirnika klatkowego silnika asynchronicznego)

2) Poprzez sterowaną na drodze zmiany częstotliwości prędkość (napędy falownikowe).

Niekorzystne własności rozruchowe silnika synchronicznego zadecydowały o jego nieprzydatności w napędach maszyn i urządzeń.

Silniki synchroniczne, podobnie jak asynchroniczne mogą pracować pod przeciążeniem, jednak przekroczenie momentu krytycznego Mk (nawet krótkotrwałe) spowoduje wytrącenie z synchronizmu i zatrzymanie silnika.

Sterowanie prędkością:

jest możliwe w zasadzie tylko na drodze zmiany częstotliwości prądu zasilającego (napędy falownikowe).

Nie jest możliwa zmiana prędkości (w trakcie pracy silnika) poprzez zmianę liczby par biegunów.

Zmiana częstotliwości f (prędkości s) zmienia charakterystykę mechaniczną silnika.

n=60f/p

Właściwości dynamiczne silnika synchronicznego są wyraźnie korzystniejsze niż odpowiedniego silnika asynchronicznego.

Silnik synchroniczny - podsumowanie

1. Znakomita charakterystyka mechaniczna (idealnie sztywna)

2. Stosunkowo dobra przeciążalność ale wymagająca aktywnego nadzoru (w silnikach asynchronicznych takiej potrzeby nie ma)

3. Bardzo dobre własności dynamiczne

4. Bardzo dobra równomierność ruchu, nawet dla małych prędkości

5. Bardzo złe własności rozruchowe, ograniczające szerokie zastosowanie silników synchronicznych

6. Możliwość sterowania prędkością w szerokim zakresie ale tylko w układach falownikowych (rozwiązanie technicznie bardzo zaawansowane ale i kosztowne).

Silniki prądu stałego

1. Konwencjonalne:

• szeregowe (uzwojenia stojana i wirnika połączone szeregowo - jedno źródło prądu stałego)

• bocznikowe (uzwojenia stojana i wirnika połączone równolegle - jedno źródło prądu stałego)

• obcowzbudne (uzwojenia stojana i wirnika nie są ze sobą połączone - dwa źródła prądu stałego)

• samowzbudne (brak uzwojenia wirnika - magnes trwały, jedno źródło prądu stałego zasilające uzwojenie stojana)

2. Bezszczotkowe (z komutacją elektroniczną) - brak uzwojenia wirnika (magnes trwały)

Silniki prądu stałego konwencjonalne - kształtowanie charakterystyki

1. Poprzez zmianę napięcia U podawanego na wirnik silnika

2. Poprzez zmianę strumienia  wzbudzenia (zmiana Uwz lub iwz)

3. Poprzez wtrącanie w obwód wirnika dodatkowej rezystancji Rd (dzięki szczotkom i komutatorowi)

ad. 1

Zalety:

• możliwość sterowania prędkością

• niezmienna sztywność charakterystyki

• obniżenie prądu podczas rozruchu

Wady:

• potrzebne źródło prądu stałego o

regulowanych parametrach

ad. 2

Zalety:

• łatwa (technicznie) możliwość

sterowania prędkością (tylko w górę)

Wady:

• obniżenie sztywności charakterystyki

mechanicznej

ad. 3

Zalety:

• obniżenie prądu wirnika

Wady:

• obniżenie sztywności charakterystyki mechanicznej

• podwyższenie strat (straty na oporniku zewnętrznym = i2Rd)

Silniki prądu stałego konwencjonalne - rozruch i hamowanie

Rozruch na charakterystyce naturalnej jest niedopuszczalny.

Metody rozruchu:

1. Wtrącanie dodatkowej rezystancji Rd w obwód wirnika (rozrusznik elektromechaniczny)

2. Obniżanie napięcia U wirnika podczas rozruchu.

Metody hamowania:

• odzyskowe - ma miejsce kiedy prędkość silnika jest wyższa od prędkości biegu jałowego (dotyczy maszyn i urządzeń o charakterystyce aktywnej).

• dynamiczne - wymaga odłączenia wirnika od napięcia zasilającego i zwarcia jego zacisków.

• przeciwwłączeniem - wymaga zamiany faz zasilających wirnik.

PRZECIĄŻALNOŚĆ

Potencjalnie, silnik prądu stałego jest odporny na przeciążenia. Przeciążalność silnika uzależniona jest od warunków odprowadzenia ciepła i jakości szczotek i komutatora (iskrzenie).

sterowanie prędkością

Możliwość bezstopniowego sterowania prędkością należy do najważniejszych zalet silników prądu stałego.

Sposoby sterowania prędkością:

• poprzez zmianę (obniżenie) napięcia (prądu) zasilającego wirnik (metoda najkorzystniejsza)

• poprzez zmianę (osłabienie) pola magnetycznego wz stojana (metoda technicznie bardzo prosta)

• poprzez wtrącanie dodatkowej rezystancji w obwód wirnika (metoda nieekonomiczna i rzadko wykorzystywana).

Ad. 1

Zalety:

• bezstopniowa zmiana prędkości zakresie bardzo szerokim zakresie Rn=50-100

(10.000 - 30.000) - tylko w „dół”

• niezmienna sztywność charakterystyki mechanicznej

• stały moment napędowy

• metoda ekonomiczna

Wady:

• konieczność dysponowania źródłem prądu stałego o regulowanych parametrach w szerokim zakresie

Ad. 2

Zalety:

• możliwość sterowania prędkością w „górę” (mały zakres Rn=2 - 2,5)

• prosta realizacja techniczna (potencjometr w obwodzie wzbudzenia)

• stała moc w całym zakresie

Wady:

• pogarszająca się sztywność charakterystyki

• malejący moment napędowy

Ad. 3

Zalety:

• prostota

Wady:

• pogarszająca się sztywność charakterystyki

• nieekonomiczność

• wąski zakres zmiany prędkości

Potencjalnie, bardzo dobre właściwości dynamiczne, ponieważ silnik może rozwijać bardzo duże momenty napędowe (Mzw)

Silniki prądu stałego bezszczotkowe

(z elektroniczną komutacją)

Silniki prądu stałego bezszczotkowe

Najsłabszym elementem silnika prądu stałego konwencjonalnego jest mechanizm: komutator - szczotki.

Mechanizm komutator szczotki jest powodem szybszego zużywania się silnika ponieważ:

• następuje mechaniczne zużywanie się (ścieranie) na styku szczotek i komutatora

• następuje termiczne zużywanie się komutatora i szczotek w wyniku iskrzenia podczas przepływu pradu.

Mechanizm komutator - szczotki znacząco ogranicza możliwość zwiększania prądu w silniku, a tym samym i jego mocy oraz momentu.

Silniki bezszczotkowe (z komutacją elektroniczną) są próbą wyeliminowania wad silników klasycznych w których stojan i wirnik zamienili się rolami. W wirniku wytwarzane jest stałe pole magnetyczne (strumień wzbudzenia) natomiast w uzwojeniu stojana płynie prąd, którego wielkość zależy od mocy silnika i jego momentu.

Z zasady działania silnika prądu stałego wynika że prąd musi być dostarczany do odpowiednich uzwojeń, które aktualnie „objęte” są strumieniem magnetycznym wzbudzenia. Rolę „rozdzielacza” w silnikach konwencjonalnych pełni komutator mechaniczny wraz ze szczotkami. W silnikach bezszczotkowych rolę te przejmuje komutator elektroniczny. Tym samym usunięte zostały najistotniejsze wady silnika prądu stałego.

BUDOWA STOJANA

Stojan zawiera 3 cewki połączone w gwiazdę. Każda z cewek jest przyłączona do indywidualnego klucza elektronicznego. Jest to analogia do wirnika prądu stałego który zawiera tylko 3 zwoje podłączone do 3 wycinków komutatora mechanicznego.

Rodzaje wirników z magnesami trwałymi:

- z biegunami wydatnymi (jawnobiegunowy),

- z biegunami utajonymi.

kształtowanie charakterystyki

1. Poprzez zmianę napięcia U (prądu) podawanego do uzwojeń stojana silnika

2. Poprzez wtrącanie w obwód stojana dodatkowej rezystancji Rd (w praktyce nie stosowane)

ROZRUCH I HAMOWANIE

Rozruch na charakterystyce naturalnej jest niedopuszczalny.

Metody rozruchu:

1. Wtrącanie dodatkowej rezystancji Rd w obwód stojana (rozrusznik elektromechaniczny).Wpraktyce nie stosowane.

2. Sterowanie napięciem U (prądem) stojana podczas rozruchu.

Metody hamowania:

• odzyskowe

• dynamiczne (w praktyce nie stosowane)

• przeciwwłączeniem (z sterowaniem P)

Potencjalnie, silnik prądu stałego jest odporny na przeciążenia. Przeciążalność silnika uzależniona jest od warunków odprowadzenia ciepła (nie ma problemu iskrzenia na szczotkach )

sterowanie prędkością

Możliwość bezstopniowego sterowania prędkością należy do najważniejszych zalet silników prądu stałego.

Sposoby sterowania prędkością:

• poprzez zmianę (obniżenie) napięcia (prądu) zasilającego stojan silnika (metoda najkorzystniejsza)

• brak możliwości sterowania prędkością poprzez osłabianie strumienia wzbudzenia (magnesy trwałe). Jest to wada w porównaniu z silnikiem konwencjonalnym. W zaawansowanych systemach sterowania P istnieje możliwość osłabiania pola magnetycznego wzbudzenia (od magnesów trwałych na wirniku) poprzez sterowanie prądem odmagnesowującym stojana.

Potencjalnie, bardzo dobre właściwości dynamiczne, ponieważ silnik może rozwijać bardzo duże momenty napędowe (Mzw)

Silniki prądu stałego - podsumowanie

1. Bardzo dobre własności regulacyjne - silniki przeznaczone do sterowania prędkością i to w szerokim zakresie (nawet do kilkudziesięciu tysięcy razy)

2. Bardzo dobra charakterystyka mechaniczna (sztywna)

3. Potencjalna możliwość rozwijania bardzo dużych momentów rozruchowych (silniki specjalne). Typowe silniki wymagają rozruchu na charakterystyce sztucznej

4. Znaczne możliwości hamowania silnika, ale na charakterystykach sztucznych

5. Potencjalnie duża przeciążalność, nawet kilkukrotna, ale ograniczona komutatorem i szczotkami (silniki bezszczotkowe tego ograniczenia nie posiadają)

6. Znakomite własności dynamiczne, ale w odniesieniu do silników budowy specjalnej (specjalne konstrukcje komutatora i szczotek)

7. Komutator i szczotki to najsłabsze ogniwo silnika konwencjonalnego które istotnie wpływają na możliwość pełnego wykorzystania właściwości eksploatacyjnych.

8. Silniki bezszczotkowe pozbawione są największej wady silników konwencjonalnych, tj komutatora i szczotek. Stąd własności eksploatacyjne tych silników są korzystniejsze.

9. Silniki bezszczotkowe wymagają rozbudowanego układu sterowania (sterowniki P) i precyzyjnego układu pomiarowego kąta obrotu wirnika. To istotnie podnosi koszt takiego napędu.

10. Znaczącą wadą silnika bezszczotkowego jest wyraźnie większa nierównomierność ruchu (w porównaniu z silnikiem konwencjonalnym), zwłaszcza przy niskich prędkościach. Ogranicza to zastosowanie tych silników do precyzyjnego sterowania maszyn, np. obrabiarek sterowanych numerycznie

SILNIKI SKOKOWE

W maszynach i urządzeniach wymagających precyzyjnego pozycjonowania (przemieszczenia, położenia) niezbędne są napędy mające cechy serwomechanizmów, tj nadążnych układów automatycznej regulacji położenia (przemieszczenia). Są to zaawansowane napędy w których skuteczność działania zależy nie tylko od samych silników ale i od układów sterowania i układów pomiarowych przemieszczenia (jako sprzężeń zwrotnych).

Silniki skokowe należą do napędów które umożliwiają sterowanie położeniem (przemieszczeniem) bez konieczności stosowania układów pomiarowych przemieszczenia i znacznie prostszych układach sterowania. To istotnie obniża koszt całkowity takiego napędu (w porównaniu do napędów nadążnych).

Def. Napęd (silnik) skokowy to taki napęd w którym przemieszczenie (kąt obrotu wałka silnika) jest wprost proporcjonalne do liczby dostarczonych impulsów sterujących a prędkość kątowa (średnia) jest wprost proporcjonalna do częstotliwości dostarczanych impulsów sterujących. Silnik skokowy jest napędem o działaniu dyskretnym, tzn każdemu impulsowi sterującemu dostarczonemu do silnika odpowiada elementarne przemieszczenie kątowe  Wartość elementarnego przemieszczenia  jest cechą eksploatacyjną silnika i może być gwarantowana;

• konstrukcją silnika

• sterowaniem silnika.

własności eksploatacyjne

• działka elementarna 

• moment synchronizujący

• moment rozruchowy

• moment maksymalny (przeciążalność)

• maksymalna (graniczna) częstotliwość robocza

• częstotliwość startowo-stopowa

• strefa stabilności statycznej i dynamicznej

• błąd statyczny i dynamiczny

• tłumienie

• sterowanie

klasyfikacja

• liczba faz stojana

• liczba biegunów wirnika

• liczba sekcji

• elektryczne i elektrohydrauliczne

• sposób sterowania

• ze wzbudzeniem i niewzbudzone (reluktancyjne)

BUDOWA STOJANA

Wyróżniamy stojany: trójfazowe, czterofazowe, pięciofazowe. Uzwojenia stojana (fazy) są zasilane sekwencyjnie prądem stałym (dotyczy silników ze sterowaniem sekwencyjnym), wytwarzając stałe pole magnetyczne (wektor pola wiruje dyskretnie).

budowa (wirnik)

Wyłącznie wirniki z magnesami trwałymi lub niewzbudzone (reluktancyjne)

Rodzaje:

- biegunami wydatnymi (p=1 lub p=2) - jawnobiegunowy,

- biegunami utajonymi (p=2)

- niewzbudzony

Od czego zależy wielkość elementarnego skoku  lub liczba skoków na obrót k

- silnik z magnesami trwałymi: /pfs(ss), k=2pfs(ss)

- silnik reluktancyjny: /zfs(ss), k=zfs(ss)

k - liczba skoków na obrót

p - liczba par biegunów wirnika

f - liczba faz stojana

s - liczba sekcji

z - liczba zębów wirnika

(ss) - sposób sterowania (1,2,3…)

Silniki skokowe - elektrohydrauliczne

Silniki elektrohydrauliczne (ze wzmacniaczem mocy) pozwalają na radykalne zwiększenie mocy silnika i jego momentu. Są niezwykle kosztowne.

STABILNOŚĆ STATYCZNA, ZAPAS STABILNOŚCI STATYCZNEJ

Zakres stabilności statycznej to taki zakres kąta obrotu wirnika (kąta ), w obszarze którego wirnik powróci do swojej pozycji stabilnej, po zaniku przyczyny która go z tej pozycji wychyliła. Jeżeli wirnik znajdzie się poza zakresem stabilności statycznej to następuje utrata skoku czyli silnik wypada z synchronizmu.

Silniki skokowe - własności rozruchowe

Częstotliwość START-STOP to największa częstotliwość pracy silnika podczas rozruchu (START) lub hamowania (STOP), przy której silnik nie utraci skoku. Każdej wartości momentu rozruchowego odpowiada dopuszczalna częstotliwość START-STOP

PRZECIĄŻALNOŚĆ

Maksymalna częstotliwość robocza fr to największa częstotliwość sygnałów sterujących, dla której silnik nie utraci skoku. Decyduje ona o największej prędkości ruchu w stanie ustalonym Każdej wartości Mk odpowiada maksymalna częstotliwość robocza fr.

STEROWANIE PRĘDKOŚCIĄ

Sterowanie prędkością silnika skokowego w istocie dotyczy wpływania na prędkość średnią. Jest ona proporcjonalna do częstotliwości sygnałów sterujących f.

Sterowanie prędkością silnika sterowanego sekwencyjnie jest uzależnione od konstrukcji komutatora lektronicznego. Stosowane w urządzeniach nie wymagających bardzo dużej precyzji pozycjonowania (do kilkuset skoków).

Sterowanie amplitudowe dotyczy precyzyjnego sterowania przemieszczeniem (położeniem), gdzie liczba skoków na obrót sięga 10.000 i więcej. Stosowane jest m.in. W obrabiarkach sterowanych numerycznie, gdzie dokładność pozycjonowania sięga 5 - 10 m.

Silniki skokowe - właściwości dynamiczne

W silnikach skokowych właściwości dynamiczne decydują o częstotliwościach START-STOP (fSS), o maksymalnej częstotliwości roboczej (fr) a przede wszystkim o uniknięciu zgubienia skoku (wypadnięcie z synchronizmu).

Aby uniknąć zgubienia skoku silnik powinien posiadać odpowiedni zakres (zapas) stabilności dynamicznej ZSD.

ZAPAS STABILNOŚCI DYNAMICZNEJ

Zakresem (zapasem) stabilności dynamicznej nazywamy taki zakres kąta obrotu wirnika (kąta ), w obszarze którego wirnik osiągnie swoją następną pozycję stabilną, po zadaniu kolejnego sygnału sterującego. Jeżeli wirnik znajdzie się poza zakresem stabilności dynamicznej, to następuje utrata skoku czyli silnik wypada z synchronizmu.

Silniki skokowe - podsumowanie

• Silniki skokowe należą do napędów przeznaczonych do sterowania położeniem (przemieszczeniem).

• Silniki skokowe należą do jedynych znanych napędów które pozwalają na sterowanie położeniem w układzie otwartym (bez sprzężenia zwrotnego położeniowego). Wpływa to znacząco na koszt napędu w porównaniu z

napędami sterowanymi nadążnie (w układzie zamkniętym).

• Właściwości eksploatacyjne bardzo istotnie zależą od sposobu sterowania. Silniki sterowane sekwencyjnie mają właściwości eksploatacyjne zdecydowanie słabsze niż sterowane amplitudowo. Ale stopień złożoności, a tym samym i koszt silników maja się odwrotnie

• Właściwości eksploatacyjne (zwłaszcza charakterystyki mechaniczne, rozruchowe, przeciążeniowe, dynamiczne) bardzo istotnie zależą od konstrukcji wirnika i stojana.

• Silniki skokowe w porównaniu z silnikami o ruchu obrotowym ciągłym mają wyraźnie słabsze właściwości eksploatacyjne, zwłaszcza moc i moment. Ogranicza to ich zastosowanie do urządzeń (maszyn) lekkich.

SILNIKI LINIOWE i MOMENTOWE

Znaczny, a może dominujący udział zespołów i modułów w maszynach i urządzeniach wykonuje ruch postępowy (prostoliniowy) a ponad 90% napędów wykonuje ruch obrotowy (do wyjątków należą napędy hydrauliczne i pneumatyczne z siłownikami). W rezultacie zachodzi konieczność mechanicznej zamiany ruchu obrotowego na postępowy (konieczność stosowania dodatkowych mechanizmów jak: śruba - nakrętka, koło zębate - listwa zębata, mechanizm korbowo-wodzikowy, mechanizmy krzywkowe itp.).

Stosowanie mechanizmów zamieniających ruch obrotowy na postępowy ma same wady, do który należą:

• zużywanie się i konieczność regeneracji

• okresowa obsługa techniczna (smarowanie, wymiana oleju itp.)

• źródło hałasu

• źródło drgań mechanicznych

• wysoki koszt

• luzy pogarszające precyzję ruchu (pozycjonowanie, równomierność)

• dodatkowe opory ruchu (tarcie w łożyskach, nakrętkach itp.)

• dodatkowe obciążenie bezwładnościowe pogarszające właściwości dynamiczne i stanowiące dodatkowe obciążenie dla silnika (silnik musi być większy)

• pogorszenie sztywności charakterystyki mechanicznej napędu

W rozwoju maszyn i urządzeń widoczne są następujące tendencje:

• wzrostu prędkości roboczej w celu podniesienia wydajności

• podnoszenia precyzji ruchu (dokładności pozycjonowania) w maszynach i urządzeniach sterowanych programowo (numerycznie, np. obrabiarki CNC czy roboty przemysłowe)

• wzrostu przyspieszeń ruchów interpolowanych (ruchy maszyn sterowanych numerycznie w wyniku których uzyskuje się dowolne, zaprogramowane kształty przedmiotu)

• podnoszenia równomierności ruchu

• poszerzania bezstopniowo sterowanej prędkości

• do uzyskiwania przemieszczeń na poziomie ułamka m

Silniki liniowe - klasyfikacja

• Prądu przemiennego

• synchroniczne

• asynchroniczne

• Prądu stałego

• Z pojedynczą częścią pierwotną

• Z podwójną częścią pierwotną

• Solenoidalne

• Z magnesami trwałymi (wzbudzone od magnesów trwałych)

• Reluktancyjne (niewzbudzone)

Silniki liniowe - działanie

1. Trójfazowe zasilanie obwodów części pierwotnej wytwarza ruchome pole magnetyczne CP.

Vs=60f/p

2. W silniku synchronicznym magnesy trwałe wytwarzają stałe pole magnetyczne CW.

3. W silniku asynchronicznym w prętach (uzwojeniach) Części Wtórnej powstaje SEM, której wielkość jest proporcjonalna do prędkości względnej (Vs- V).

4. W silniku asynchronicznym powstająca SEM wywołuje powstanie prądu i(t).

5. W silniku asynchronicznym w wyniku przepływu prądu powstaje siła F, powodująca ruch Części Pierwotnej.

6. Warunkiem ruchu jest wystąpienie poślizgu pomiędzy Częścią Pierwotną i Wtórną, tzn V=Vs(1-s)

7. W silniku synchronicznym wzajemne oddziaływanie obu pól magnetycznych, tj Części pierwotnej CP i Części Wtórnej CW jest źródłem ruchu synchronicznego. Vs=V

Silniki liniowe - cechy eksploatacyjne

1. W Częściach Pierwotnych silnika synchronicznego i asynchronicznego powstaje bardzo duża ilość ciepła, która musi być odprowadzana metodą chłodzenia wymuszonego (wodnego, powietrznego).

2. W Części Wtórnej silnika asynchronicznego także powstaje bardzo duża ilość ciepła, która powoduje jego nagrzewanie się. Dużym problemem technicznym jest wymuszone odprowadzenie tego ciepła.

3. W silniku synchronicznym powstaje bardzo duża siła elektromagnetyczna, dociskająca Część Pierwotną do Wtórnej (w silniku asynchronicznym siła ta powstaje tylko podczas załączenia zasilania - w silniku synchronicznym występuje bez przerwy). Stwarza to problemy montażowo-demontazowe. Przyczynia się także do bardzo dużych nacisków na prowadnicach.

4. Sterowanie silnika asynchronicznego wymaga zdecydowanie bardziej złożonych algorytmów niż w przypadku silnika synchronicznego.

5. W silniku asynchronicznym wyraźnie gorsza jest równomierność ruchu, co przyczynia się m.in. do pulsacji siły pociągowej.

6. W silniku asynchronicznym występuje większe zapotrzebowanie prądowe (konieczność magnesowania Części Wtórnej).

7. Stosunek siły pociągowej do masy części Pierwotnej jest w przypadku silników synchronicznych o 50 - 100% korzystniejszy niż w silnikach asynchronicznych.

8. Koszt silnika synchronicznego wzrasta w miarę wzrostu drogi przesuwu (wzrasta koszt magnesów trwałych). W silnikach asynchronicznych ten wzrost kosztu jest wyraźnie niższy, co jest głównym atutem tych silników.

9. Na dzień dzisiejszy, na skalę przemysłową są stosowane głównie silniki synchroniczne.

10. Silniki liniowe mogą działać tylko jako napędy nadążne, sterowane numerycznie. W związku z czym, w ich skład, oprócz sterowania numerycznego musi wchodzić bardzo zaawansowany układ pomiaru przemieszczenia i prędkości.

Problem pomiaru przemieszczenia i prędkości w silniku liniowym

Istotnym problemem pomiaru przemieszczenia (prędkości) w silniku liniowym jest wpływ sztywności zamocowania liniału pomiarowego na dokładność pomiaru. Dla prędkości ruchu sięgających 100 m/min oraz dla przyspieszeń ruchu (opóźnień) sięgających 30 (40) m/s2, powstają masowe siły bezwładności, które powodują odkształcenia mocowania liniałów pomiarowych, przewyższające elementarną działkę pomiarową (czułość pomiarową).

Problem pomiaru przemieszczenia i prędkości w silniku liniowym

Z uwagi na problemy odkształceń mocowania układów pomiarowych do pomiaru prędkości stosuje się te same czujniki co do pomiaru przemieszczeń (liniały impulsowe zwane enkoderami). Enkoder jest dyskretnym układem pomiaru przemieszczenia, który generuje impulsy pomiarowe, proporcjonalnie do przebytej drogi. W

silnikach synchronicznych elementarny impuls pomiarowy odpowiada nawet 0,1 m. Oznacza to np. że przebyciu drogi 1 mm towarzyszy wygenerowanie 10.000 impulsów pomiarowych. Pomiar prędkości (średniej) odbywa się metodą jej obliczenia, tzn:

V=X/Ts

X - zmierzona droga w czasie Ts

Ts - stały okres dla wyznaczania prędkości

Charakterystyka mechaniczna silnika liniowego to zależność siły pociągowej (posuwu) od prędkości ruchu.

Silniki liniowe - charakterystyka mechaniczna

Wnioski:

• charakterystyka silnika liniowego jest idealnie sztywna w zakresie pracy ciągłej

• wielkość siły pociągowej zależy od wielkości silnika (masy Części Pierwotnej) i sposobu chłodzenia Części Pierwotnej

• podwyższenie siły pociągowej wymaga zastosowania silnika o wyższej masie Części Pierwotnej albo zastosowania

intensywniejszego odprowadzania ciepła z Części Pierwotnej

• silnik liniowy może rozwijać większe wartości sił pociągowych (powyżej wartości znamionowej) ale nie w sposób długotrwały. Wiąże się to jednak z ograniczeniem maksymalnej prędkości ruchu V'.

• Siły pociągowe wytwarzane przez silniki liniowe są w porównaniu z silnikami obrotowymi wyraźnie mniejsze. Ale prędkości ruchu są wyraźnie większe.

• straty mocy w silniku, pomimo wysokiej sprawności, są znaczne i wynoszą od kilkuset W do kilku kW. Ta ilość ciepła musi zostać odprowadzona przez układ chłodzenia.

• zwiększenie intensywności chłodzenia pozwala na podniesienie właściwości eksploatacyjnych silnika.

Silniki liniowe - rozruch i hamowanie

Z charakterystyki mechanicznej silnika liniowego wynika, że może on rozwijać pełną siłę pociągową zarówno dla prędkości maksymalnej jak i zerowej. Można więc sądzić że siła pociągowa podczas rozruchu może być równa wartości maksymalnej Fmax.

Silniki liniowe - przeciążalność

Z charakterystyki mechanicznej silnika wynika, że może on zostać przeciążony do wartości Fmax. Jest to jednak przeciążalność krótkotrwała, wykorzystywana głównie w stanach przejściowych (rozpędzanie, zwalnianie). Z danych katalogowych firm Siemens czy Fanuc można wnioskować, że przeciążalność ta jest na poziomie ok. 100%.

Fmax/Fyn=2

Silniki liniowe synchroniczne, podobnie jak obrotowe synchroniczne nie mogą zostać przeciążone ponad Fmax. Grozi to zatrzymaniem silnika. Dlatego przeciążalność tych silników musi być monitorowana w sposób

on-line, przez układ sterowania silnika.

sterowanie prędkością

Vs=60f/p

Silniki liniowe w zasadzie są stosowane wyłącznie jako silniki sterowane. Możliwość sterowania prędkością wynika z wpływu częstotliwości prądu zasilającego Część Pierwotną silnika f na prędkość V. Oznacza to, ze zakres zmian prędkości i maksymalna wartość prędkości jest uwarunkowany sterownikiem

falownikowym. Z danych katalogowych firm Siemens czy Fanuc wynika że dostępne są silniki z maksymalna prędkością przekraczającą 100 m/min, czyli 2-3 - krotnie wyższą niż osiągane prędkości za pomocą silników obrotowych.

właściwości dynamiczne

Z danych firmy Siemens czy Fanuc wynika, że silniki liniowe mają współczynniki k nawet do 250 m/s2 (tylko krótkotrwale). Oznacza to, że silnik taki może osiągać przyspieszenia znacznie przekraczające 10g.

Żaden napęd obrotowy nie jest w stanie osiągnąć takich przyspieszeń. Należy jednak wziąć pod uwagę wpływ obciążenia aktywnego i bezwładnościowego napędzanego urządzenia na przyspieszenie:

a=(F-Fob)/(m1+mob)

Z powyższej zależności wynika, że jeżeli napędzane urządzenie ma masę m na poziomie masy m1 Części Pierwotnej, to rzeczywiste przyspieszenie spada o 50% w stosunku do przyspieszenia rozwijanego przez samo silnik. Jeżeli ponadto opory ruchu napędzanego urządzenia Fob są na poziomie siły pociągowej Fmax to nastąpi obniżenie

przyspieszenia o dalsze 50%. Silniki liniowe przeznaczone są przede wszystkim do napędu urządzeń lekkich i mało obciążonych.

Właściwości dynamiczne napędów liniowych zależą w pierwszym rzędzie od nastaw regulatorów oraz zwłok czasowych, zależnych od czasu próbkowania TS i czasu obliczeniowego TC (zależy m.in. od mocy obliczeniowej procesora)

Silniki liniowe - zastosowania

- konstrukcje lekkie,

- struktury równoległe (hexapod, triod)

Zalety struktur równoległych:

• kilka silników do realizacji ruchu w jednej osi (większa siła pociągowa)

• znacznie większa sztywność takiej maszyny

Silniki liniowe - podsumowanie

• Silniki liniowe należą do najnowszych osiągnięć w dziedzinie napędów.

• Pozwalają osiągać prędkości ruchów liniowych, nieosiągalnych dla napędów z silnikiem obrotowym.

• Ich właściwości dynamiczne przewyższają właściwości dynamiczne napędów z silnikami obrotowymi 2 - 3 krotnie.

• Znakomite właściwości eksploatacyjne silników liniowych można wykorzystywać tylko w przypadku maszyn i urządzeń lekkich, tzn których masy napędzanych zespołów są wyraźnie mniejsze od masy Części Pierwotnej.

• Znakomite właściwości eksploatacyjne silników liniowych można wykorzystywać tylko w przypadku maszyn i urządzeń lekko obciążonych, tj w których opory ruchu są wyraźnie mniejsze od siły pociągowej Fzn.

• Silniki liniowe wymagają zaawansowanych metod sterowania, dużych mocy obliczeniowych układu sterującego oraz zaawansowanych układów pomiarowych przemieszczenia. To wszystko sprawia, że są to napędy kosztowne, wyraźnie droższe od napędów z silnikami obrotowymi.

Silniki momentowe - wiadomości ogólne

Silniki momentowe to silniki synchroniczne prądu przemiennego o bardzo dużym momencie napędowym, przeznaczone do precyzyjnego pozycjonowania kątowego elementów obrotowych. Z założenia, silniki te

mają działać jako napędy bezpośrednie, tzn bez żadnych elementów pośrednich (koła zębate, wałki, paski, łańcuchy itp.) pomiędzy napędzanym zespołem a silnikiem, np. bezpośredni napęd stołu obrotowego w miejsce dotychczasowego napędu za pośrednictwem przekładni ślimakowej.

Silniki momentowe - właściwości eksploatacyjne

• jako napędy bezpośrednie, tzn bezluzowe, bezhisterezowe (histereza mechaniczna), o zminimalizowanym tarciu mechanicznym, czyli jako napędy o wysokiej precyzji (dokładności) pozycjonowania oraz wysokiej trwałości (tam nie ma elementów zużywających się),

• są to napędy nadążne, tzn pracujące w układzie automatycznej regulacji położenia kątowego (serwonapędy), czyli zawierające czujnik pomiarowy kata obrotu i regulatory cyfrowe,

• napędy o bardzo dużym momencie obrotowym (o rząd większym niż klasyczne silniki obrotowe, serwonapędowe,

• napędy o bardzo dużej sztywności charakterystyki mechanicznej (sztywność kątowa) (wskaźnik sztywności jest taki, że przy zmianie obciążenia od 0 Nm do Mzn kąt obrotu wirnika jest rzędu sek kątowej,

• napędy o bardzo dużej sztywności dynamicznej ( w zakresie do ok. 100 Hz charakterystyka dynamiczna jest liniowa, tzn dynamiczne zmiany momentu obciążenia nie wywołują zmian kąta obrotu wirnika większych niż wynika to z obciążenia statycznego),

• dokładność pozycjonowania kątowego zależy wyłącznie od dokładności czujnika kąta obrotu i nastaw regulatorów (np. jeżeli enkoder umożliwia pomiar z rozdzielczością 1'' to taka też będzie dokładność pozycjonowania, a jeżeli tylko 10'' to i dokładność pozycjonowania będzie na tym poziomie),

• napędy o znakomitych właściwościach dynamicznych, wynikających z bardzo dużego momentu szczytowego Mk i stosunkowo małego masowego momentu bezwładności wirnika,

• napędy mogą rozwijać pełny moment napędowy zarówno w pełnym zakresie prędkości jak i dla silnika nieruchomionego (n=0) i to w sposób długotwały,

• napędy o znakomitych cechach energetycznych (współczynnik km=M/i [Nm/A] jest kilkakrotnie większy niż w klasycznych silnikach obrotowych). Dla porównywalnych wartości prądu moment rozwijany przez silnik jest kilkakrotnie większy,

• napędy o bardzo dużej sprawności (mniejsze straty wynikają z mniejszego prądu potrzebnego do wytworzenia dużego momentu),

• bardzo wysoka równomierność ruchu, nawet przy najmniejszych prędkościach,

• prawie całkowicie wyeliminowane wahania dynamiczne momentu napędowego (wynikają one z falownikowego zasilania napędu),

• z założenia są to napędy wolnoobrotowe, przeznaczone do pozycjonowania (np. oś „C” lub „B” w obrabiarkach CNC),

• gabaryty silników są niewielkie (w porównaniu do klasycznych silników) co umożliwia ich łatwe wkomponowywanie do napędzanego urządzenia a producenci tych silników nierzadko oferują możliwość

dopasowania zewnętrznych wymiarów gabarytowych do potrzeb konstrukcyjnych urządzenia,

• wymagają układu chłodzenia wymuszonego w stojanie silnika (przy nieruchomym silniku nie występuje naturalne chłodzenie wynikające z ruchu obrotowego),

• bardzo duże siły wzajemnego oddziaływania wirnika i stojana (nawet kilka tysięcy N), co bardzo utrudnia montaż i demontaż silnika.

Silniki momentowe - budowa

Są to silniki synchroniczne 3-fazowe, wielobiegunowe, z magnesami trwałymi na wirniku.

Silniki mogą być dostarczane w postaci oddzielnego stojana i wirnika, które producent maszyny montuje samodzielnie, wg swojego uznania lub w postaci zmontowanej ze stalową zewnętrzną i wewnętrzną piastą do

bezpośredniej zabudowy w maszynie.

Wirnik w postaci magnesów trwałych, których liczba sięga kilkudziesięciu, np. silniki f-my ETEL mają 66, 88 lub 144 bieguny. Stojan zawiera uzwojenie trójfazowe zasilane prądem przemiennym, ukształtowane w postaci takiej samej liczby biegunów jak w wirniku.

Układy napędowe

Układem napędowym będziemy nazywali taki napęd który strukturalnie został przygotowany do bezstopniowej regulacji prędkości i to w szerokim zakresie. Będą to na ogół układy regulacji nadążnej, tj sterowania w układzie zamkniętym ze sprzężeniem zwrotnym prędkościowym.

Układy napędowe - wymagania

• jak największa rozpiętość bezstopniowej regulacji Rn, np. a serwonapędach CNC wymagana jest rozpiętość 30.000-60.000 i więcej

• zachowanie stałej mocy lub stałego momentu w całym zakresie bezstopniowo zmienianej prędkości

• możliwość pracy rewersyjnej, tj zmiany kierunku prędkości

• wysoka równomierność prędkości, zwłaszcza dla prędkości najniższych

• na ogół wysokie wymagania dynamiczne

• łatwość zdalnego sterowania w celu automatyzacji

• możliwość kształtowania niektórych własności eksploatacyjnych napędu, np. kontrolowanego przyspieszenia podczas rozruchu lub hamowania

• możliwość cyfrowego sterowania napędem

Układy napędowe prądu stałego - układy tyrystorowe i tranzystorowe

Historycznie UNPS rozwinęły się najwcześniej i obecnie są stosowane powszechnie we wszystkich dziedzinach życia. Możliwość sterowania prędkością wynika z podstawowej charakterystyki silnika prądu stałego:

• sterowanie poprzez zmianę napięcia U (prądu) wirnika silnika (sterowanie „w dół” w zakresie stałego momentu)

• sterowanie poprzez zmianę wzbudzenia  silnika (sterowanie „zakresie górę” w zakresie stałej mocy)

Sterowanie prędkością (wartością średnią) polega na sterowaniu z tzw modulacją szerokości impulsu prądowego PWM (Pulse Width Modulation), tj na sterowaniu przesunięcia fazowego , inicjującego początek przewodzenia prądu i koniec (dla układów tyrystorowych koniec przewodzenia jest niesterowalny)

Właściwości eksploatacyjne tyrystorowych i tranzystorowych UN :

• działanie napędu jest nieciągłe (impulsowe), ponieważ przepływ prądu jest impulsowy,

• w przebiegach czasowych prądu występuje zwłoka czasowa (czas martwy) T0 w trakcie której napęd jest niesterowalny. Należy dążyć do jej zminimalizowania,

• nieciągły charakter przewodzenia prądu jest powodem małej sztywności charakterystyki mechanicznej,

• impulsowy charakter przepływu prądu jest bardzo szkodliwy zarówno dla otoczenia jak i sieci zasilającej (zniekształcenia sieci),

• duża łatwość sterowania prędkością ponieważ sterowanie przesunięciem fazowym (PWM) jest technicznie proste i

opanowane,

• duża łatwość automatyzacji napędu ponieważ możliwe jest sterowanie zdalne, nawet na duże odległości,

• duża sprawność napędu z uwagi na niskie straty w tyrystorach,

• niewielkie wymiary gabarytowe zasilaczy tyrystorowych

Od czego zależy obszar pracy ciągłej? Jaka jest możliwość wpływania na obszar pracy ciągłej?

• wpływ kąta wysterowania  (od zadanej prędkości)

• wpływ aktualnej siły elektromotorycznej SEM w wirniku wpływ rzeczywistej prędkości i obciążenia)

• wpływ indukcyjności L w obwodzie wirnika

Tyrystorowe i tranzystorowe UN muszą pracować w zamkniętym układzie automatycznej regulacji z uwagi na niską sztywność charakterystyki mechanicznej.

Układy napędowe prądu przemiennego

Napędy falownikowe

Możliwość sterowania prędkością wynika z następujących zależności:

n=(60f/p) (1-s) dla silnika asynchronicznego

n=60f/p dla silnika synchronicznego

Wielkością sterującą jest częstotliwość f trójfazowego prądu przemiennego. Falownik jest układem elektronicznym przekształcającym prąd stały na prąd przemienny trójfazowy o zadanej częstotliwości. Do tego celu wykorzystuje również modulację szerokości impulsu PWM.

Zasada działania falownika

• szerokiego zakresu bezstopniowej zmiany częstotliwości napięcia zasilającego uzwojenia stojana silnika,

• szerokiego zakresu bezstopniowej zmiany amplitudy napięcia zasilającego uzwojenia stojana silnika,

• małych zniekształceń sinusoidalnego napięcia zasilającego, tj. małych odchyleń napięcia od przebiegu sinusoidalnego (braku harmonicznych).

Warunki powyższe spełniają m.in. tzw Pośrednie Przemienniki

Częstotliwości (PPC) zwane popularnie falownikami.

Skutki zmiany częstotliwości wraz ze zmianą częstotliwości (tym samym prędkości synchronicznej S) zmianie ulega także sama charakterystyka mechaniczna.

Obniżanie częstotoliwości powoduje:

• zmniejszanie prędkości

• większy pobór prądu (maleje reaktancja XL proporcjonalnie do zmniejszania częstotliwości), powodujący grzanie się silnika

• wzrasta moment napędowy (elektromagnetyczny).

Podwyższanie częstotliwości powoduje:

• podwyższanie prędkości

• zmniejszanie poboru prądu (rośnie reaktancja XL proporcjonalnie do wzrostu częstotliwości)

• maleje moment napędowy (elektromagnetyczny)

Chcąc zachować niezmienność (stałość) charakterystyki mechanicznej, zmianie częstotliwości musi towarzyszyć odpowiednia zmiana napięcia U zasilającego stojan silnika. Tak więc PWM musi obejmować równocześnie zmianę częstotliwości i amplitudy napięcia.

Metody kształtowania charakterystyk mechanicznych

napędów falownikowych • poprzez zmianę napięcia zasilającego uzwojenia stojana silnika U1 proporcjonalnie do zmiany częstotliwości f (tzw metoda SCM - Scalar Control Method gdzie U1/f = const). Ten sposób nazywany jest

sterowaniem skalarnym.

• poprzez takie sterowanie prądem uzwojeń stojana (amplitudą i fazą) aby pola magnetyczne stojana (wirujące) i wirnika były do siebie prostopadle, niezależnie od częstotliwości f (tzw FOCA - Field-Oriented Control Vector). Ten sposób nazywany jest sterowaniem metodą orientacji wektora pola.

Metoda orientacji wektora pola

Metoda orientacji wektora pola (FOCV) ma na celu upodobnić wzajemną orientacje nieruchomych pól magnetycznych stojana i wirnika silnika prądu przemiennego do orientacji tych pól w silniku prądu stałego. Dla takiej orientacji obu pól (wzajemnie prostopadłych) moment elektromagnetyczny jest największy i zależy od

prądu wirnika i3 oraz prądu stojana i1, który decyduje ostrumieniu fwz.

Sterowanie prędkością może odbywać się albo prądem stojanaalbo wirnika niezależnie od siebie aoba pola będą zawsze prostopadłe.

Metoda orientacji wektora pola

W silniku prądu przemiennego pole magnetyczne stojana wiruje z prędkością synchroniczną i nie jest na ogół prostopadłe do pola wirnika. W związku z tym moment elektromagnetyczny zależy nie tylko od natężenia

obu pól ale i od wzajemnej ich orientacji (kąta pomiędzy wektorami pól).

Sterowanie prędkością i momentem odbywa się na drodze zmian prądów stojana (w 3 fazach) tak aby zachować prostopadłość wektorów pól stojana i wirnika. Wymaga to bieżącej informacji o wzajemnym położeniu obu pól. W ym celu mierzony jest kąt obrotu wirnika a obliczane jest (na podstawie modelu) bieżące położenie wektora pola stojana.

Sterowanie strumieniem pola magnetycznego poprzez sterowanie składową id prądu stojana. Stosuje się dwie metody takiego sterowania:

• metoda osłabiania strumienia magnetycznego w celu sterowania prędkością „w górę”, tzw Field weakening

• metoda wzmacniania strumienia magnetycznego w zakresie niskich prędkości obrotowych (w celu wzmocnienia momentu napędowego podczas rozruchu) tzw Field strengthening

Układy napędowe - podsumowanie

• Układy napędowe zarówno prądu stałego jak i przemiennego umożliwiają bezstopniową zmianę prędkości w bardzo szerokim zakresie

• UNPS i UNPP wymagają źródeł stałoprądowych o regulowanych, w szerokim zakresie parametrach

•W przeciwieństwie do UNPS, które mogą być sterowane analogowo, UNPP falownikowe mogą być sterowane wyłącznie cyfrowo

• Użytkowanie napędów falownikowych wymaga nie tylko zastosowania tranzystorów wysokiej mocy ale i sterownia mP z aplikacją złożonych matematycznie algorytmów (bez modelu matematycznego silnika nie jest możliwe efektywne sterowanie falownikowe)

• Napędy falownikowe mogą pracować wyłącznie w układzie automatycznej regulacji, przy czym, konieczny jest ciągły pomiar położenia kątowego wałka silnika oraz pomiar prędkości kątowej wałka silnika (lub jego obliczenie)

• UNPS muszą pracować w układzie automatycznej regulacji prędkości z powodu zbyt miękkiej charakterystyki mechanicznej układu otwartego

• Cyfrowe sterowanie w UNPP pozwala na aplikację wielu różnych dodatkowych funkcji, które istotnie rozszerzają możliwości aplikacyjne napędu, np. diagnostyka i nadzór on-line napędu, kształtowanie charakterystyk napędu, np. czasu rozruchu czy „krzywej” rozpędzania

• UNPS jako układy analogowe takich możliwości nie posiadają

• Zarówno UNPS jak i UNPP wytwarzają duże zakłócenia elektromagnetyczne (efekt impulsowego przewodzenia prądu)

• UNPP z uwagi na wady jakie posiadają silniki prądu stałego (komutator mechaniczny - szczotki) wydają się być napędami przyszłościowymi.

6

---