1. Metody sterowania prędkością silnika prądu stałego - krótki opis każdej metody.
a) zmiana (obniżenie) napięcia (prądu) zasilającego wirnik (metoda najkorzystniejsza).
Zalety:
• bezstopniowa zmiana prędkości w bardzo szer. zakresie Rn=50-100
• niezmienna sztywność charakterystyki mechanicznej
• stały moment napędowy
• metoda ekonomiczna
Wady:
• konieczność dysponowania źródłem prądu stałego o regulowanych parametrach w szer zakresie
b) zmianę (osłabienie) pola magnetycznego stojana (metoda technicznie bardzo prosta).
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
c) wtrącanie dodatkowej rezystancji w obwód wirnika (metoda nieekonomiczna i rzadko wykorzystywana).
Zalety:
• prostota
Wady:
• pogarszająca się sztywność charakterystyki
• nieekonomiczność
• wąski zakres zmiany prędkości

2. Różnice między sterowaniem sekwencyjnym, a amplitudowym.
Sekwencyjnie - jest uzależnione od konstrukcji komutatora elektronicznego. Stosowane w urządzeniach nie wymagających bardzo dużej precyzji pozycjonowania (do kilkuset skoków). 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 mm.

3. Właściwości eksploatacyjne silników skokowych.
• 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

4. Definicja napędu i wymagania stawiane napędom.
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.

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 napędów:

5. Napędy falownikowe jako układy automatycznej regulacji prędkości - schemat.

6. Definicja napędu mechatronicznego + schemat blokowy.
Jest to 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.

7. Wymagania i zadania stawiane napędom mechatronicznym.

Zadania:
• ruch z programowaną prędkością, przyspieszeniem, itp.,
• ruch z programowanym przemieszczeniem, pozycjonowaniem, (serwonapędy),
• ruch z programowaną siłą, momentem siły, itp.
Wymagania:
• 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).


8. Zasada działania silnika liniowego.
• Trójfazowe zasilanie obwodów Części Pierwotnej wytwarza ruchome pole magnetyczne ΦCP. Vs=60f/p
• W silniku synchronicznym magnesy trwałe wytwarzają stałe pole magnetyczne ΦCW.
• W silniku asynchronicznym w prętach (uzwojeniach) Części Wtórnej powstaje SEM, której wielkość jest proporcjonalna do prędkości względnej (Vs- V).
• W silniku asynchronicznym powstająca SEM wywołuje powstanie prądu i(t).
• W silniku asynchronicznym w wyniku przepływu prądu powstaje siła F, powodująca ruch Części Pierwotnej.
• Warunkiem ruchu jest wystąpienie poślizgu pomiędzy Częścią Pierwotną i Wtórną, tzn V=Vs(1-s).
• W silniku synchronicznym wzajemne oddziaływanie obu pól magnetycznych, tj Części pierwotnej ΦCP i Części Wtórnej CW jest źródłem ruchu synchronicznego. Vs=V

9. Zalety i wady silników synchronicznych w porównaniu z asynchronicznymi.
Zalety:
• idealnie sztywna charakterystyka mechaniczna
• korzystniejsze wskaźniki energetyczne (cos f, sprawność)
• wyższa równomierność ruchu zwłaszcza dla małych prędkości.
Wady:
• zdecydowanie bardziej utrudniony rozruch
• potrzeba stosowania dwóch źródeł energii elektrycznej (prądu przemiennego trójfazowego i prądu stałego).

10. Od czego zależy działka elementarna.
Jest to cecha eksploatacyjna silnika i może być gwarantowana przez:
• konstrukcje silnika.
• sterowanie silnika.

11. Co to jest stabilność statyczna silnika skokowego.
To taki zakres kąta obrotu wirnika (kąta α), w obszarze którego wirnik powróci do swojej pozycji stabilnej, po zaniku przyczyny która go z tej pozycji wychyliła. Jeżeli silnik znajdzie się poza zakresem stabilności statycznej to następuje utrata skoku czyli silnik wypada z synchronizmu.

12. Charakterystyka silnika liniowego (rysunek + wzór).
Char. mechaniczna - to zależność siły pociągowej (posuwu) od prędkości ruchu.

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 większego i lepszego sposobu chłodzenia.
• silnik liniowy może rozwijać większe wartości sił pociągowych (ogranicza maks prędkość V').
• siły pociągowe silnika liniowego są mniejsze niż obrotowego, prędkości odwrotnie.
• straty mocy, pomimo wys sprawności, są duże (kilka set W do kilku kW) ciepło musi być odprowadzone.
• zwiększenie chłodzenia pozwala na podniesienie własności eksploatacyjne silnika.

13. Falownik zasada działania, jak to jest zrobione ze przekształcane jest napięcie z sieci na prąd przemienny.
Falownik jest układem elektronicznym przekształcającym prąd stały na prąd przemienny trójfazowy o zadanej częstotliwości. Do tego celu wykorzystuje również modulację szerokości impulsu PWM.
Spełniają warunki:
• szer zakresu bezstopniowej zmiany częstotliwości napięcia zasilającego uzwojenia stojana silnika.
• szer zakresu bezstopniowej zmiany amplitudy napięcia zasilającego uzwojenia stojana silnika.
• małych zniekształceń sinusoidalnego napięcia zasilającego, tj. małych odchyleń napięcia od przebiegu sinusoidalnego (braku harmonicznych).

14. Napęd tyrystorowy.
Własności eksploatacyjne:
• działanie napędu jest nieciągłe (przepływ prądu impulsowy).
• w przebiegach prądu występuje zwłoka czasowa.
• nieciągły charakter przewodzenia prądu jest powodem małej sztywności charak mechanicznej.
• impulsowy chat przepływ prądu szkodzi otoczeniu, sieci zasilającej.
• łatwe sterowanie prędkości (sterowanie przesunięciem fazowym PMW).
• łatwość automatyzacji.
• duża sprawność (niskie straty w tyrystorach).
• niewielkie wymiary zasilaczy tyrystorowych.

15. Charakterystyka mechaniczna silnika synchronicznego rysunek + wzór.
Metody kształtowania charakterystyki:
• obniżanie napięcia zasilającego U1 (zmniejszenie sztywności i momentu).
• obniżanie pola magnetycznego wirnika (obniżanie E) - tylko dla silników z wirnikami konwencjonalnymi.

16. Charakterystyka mechaniczna silnika asynchronicznego (rys. + model Klosa).
Zależność momentu napędowego M od prędkości obrotowej n (kątowej ω) lub poślizgu s nazywamy charakterystyką mechaniczną silnika.

Z - impedancja zastępcza silnika
R1, R'2 - rezystancje uzwojeń stojana i wirnika
X1, X'2 - impedancje indukcyjne uzwojeń stojana i wirnika
U1f - amplituda napięcia zasilającego uzwojenia stojana (napięcie fazowe)
S - poślizg

Model Klosa:


M_k - moment krytyczny
S_k - poślizg krytyczny

17. Metody sterowania prędkością silnika trójfazowego asynchronicznego.
W silniku asynchronicznym sterowanym konwencjonalnie w zasadzie nie ma możliwości sterowania prędkością.

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 f (zaawansowane napędy falownikowe).

18. Podział silników prądu stałego:
a) konwencjonalne:
• szeregowe (uzwojenie stojana i wirnika połączone szeregowo - jedno źródło prądu stałego).
• bocznikowe (poł równoległe - jedno źródło).
• obcowzbudne (nie są ze sobą połączone, -dwa źródła prądu stałego).
• samowzbudne (brak uzwojenia wirnika - magnes trwały, jedno źródło prądu stałego zasila stojan).
b) bezszczotkowe (z komutacją elektroniczną) - brak uzwojeń wirnika (magnes trwały).

19. Charakterystyka silnika prądu stałego (rysunek + wzór).

Charak kształtuje się poprzez:
• zmianę napięcia U podawanego na wirnik
• zmianę strumienia wzbudzenia (zmiana Uwz, iwz)
• wtrącenie w obwód wirnika dodatkowej rezystancji Rd (szczotki, komutator)

21. Budowa silnika prądu stałego.

22. Zasada działania trójfazowego silnika asynchronicznego.

---