Elektrotechnika 13. előadás Dr. Hodossy László 2006.

Különleges gépek Szervomotorok Villamos gépek Elektrotechnika Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Szervomotorok Vezérlő és szabályozó rendszerekben pozícionálási célra alkalmazzák A működtető energia szerint léteznek villamos pneumatikus és hidraulikus szervomotorok A szervomotorokkal szemben támasztott követelmények: Folyamatos fordulatszám változtatása tág határok között Gyors és egyszerű forgásirányváltás Gyors működés más szavakkal nagy indítónyomaték Stabil működés a fordulatszám-nyomaték jelleggörbe alapján . . . A fenti követelményeket kielégíti: külső gerjesztésű egyenáramú motor és a kétfázisú aszinkron motor

Különleges gépek Egyenáramú szervomotorok Villamos gépek Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Egyenáramú szervomotorok . . . „k” a motorállandó Fordulatszám változtatása az armatúra kapocsfeszültséggel

Különleges gépek Egyenáramú szervomotorok Villamos gépek Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Egyenáramú szervomotorok Fordulatszám változtatása az armatúra kapocsfeszültséggel statikus jelleggörbék . . . Egy adott fordulatszámról egy másik fordulatszámra történő „átállás” időfüggvénye lengés nélkül:

Különleges gépek Egyenáramú szervomotorok Villamos gépek Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Egyenáramú szervomotorok Az 1. jelleggörbe esetén A 2. jelleggörbe esetén . . . A 3. jelleggörbe esetén elektromechanikai időállandó villamos időállandó TM szerepe meghatározó kis átmérő – hosszú forgórész („hurkaszerű” kialakítás) nagy átmérő – rövid forgórész („tárcsaszerű” kialakítás)

Különleges gépek Egyenáramú szervomotorok Villamos gépek Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Egyenáramú szervomotorok Korlátozási tényezők az egyenáramú szervomotorok használatánál: . . . hőmérsékleti korlát, általában 150ºC-ot nem szabad túllépni fordulatszám korlát a kommutáló szegmensek között megengedhető maximális feszültség miatt terhelőnyomatéki korlát a lemágnesező hatás miatt kommutációs határ, a csúszóérintkezőkön átvihető legnagyobb teljesítménykorlát miatt

Különleges gépek Váltakozóáramú szervomotorok Villamos gépek Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Váltakozóáramú szervomotorok Rövidrezárt forgórészű, kétfázisú aszinkron motorok Állórészen kétfázisú tekercselés egymáshoz képest 90º-kal van eltolva serleges, azaz pohárszerű kialakítású forgórész . . . Az Uv vezérlőfeszültség nagyságának és fázisának változtatásával biztosítható a fordulatszámváltoztatás és a forgásirányváltás Szervomotorok hátránya: A működés során nem ismeretes a forgórész helyzete, ezért rezolvert vagy szöghelyzetadót kell használni

n =60x impulzusfrekvencia / fordulatonkénti lépések száma Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Léptetőmotorok Elektromechanikus átalakítók, villamos impulzusokat alakítanak át szögelfordulássá n =60x impulzusfrekvencia / fordulatonkénti lépések száma A léptetőmotorokat pozícionálási célokra használják Sokféle kivitel: állandó mágneses, lágymágneses armatúrájú és hibrid típusok A forgórész lehet 1 vagy több póluspárú, szimmetrikus vagy ún. csőrös . . . Leggyakrabban előforduló típusok: állandó mágneses (van tartónyomatéka) változó reluktanciájú (nincs tartónyomatéka) hibrid léptetőmotorok (van tartónyomatéka), legelterjedtebb típus A léptetőmotor tengelye diszkrét módon, egyes lépéseket megtéve forog. A tengely egy körülfordulása pontosan meghatározott számú, egyes lépések megtételét jelenti, a lépésszám függ a motor felépítésétől

Különleges gépek Léptetőmotorok Villamos gépek Elektrotechnika Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Léptetőmotorok Az állórészen 3 fázisú és 6 pólusú, míg a forgórészen 4 pólusú kialakítás . . . A motor jellemzője a lépésszög Tipikus lépésszögek: 1,8º, 2,5º, 7,5º, 15º, 18º, 30º, 39º, stb. A léptetőmotor működtetéséhez vezérlő elektronika kell

Különleges gépek Léptetőmotorok Villamos gépek Elektrotechnika Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Léptetőmotorok Léptetőmotorok vezérlése: 1. Unipoláris vezérlés . . . 2. Bipoláris vezérlés A lépésszög értéke a lépésfelezés módszerével tovább csökkenthető

Különleges gépek Léptetőmotorok Villamos gépek Elektrotechnika Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Léptetőmotorok Léptetőmotorok statikus jelleggörbéje . . . A frekvenciaváltoztatás időfüggése tgy: gyorsítási idő tu: állandó frekvenciájú üzemelési idő tl : lassítási idő

Különleges gépek Léptetőmotorok Villamos gépek Elektrotechnika Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Léptetőmotorok Egy léptető impulzus hatására bekövetkező forgórész elfordulás időfüggése tp t  θp δ . . . Statikus nyomatékgörbe Mb: billenőnyomaték b: billenőszög

Különleges gépek Léptetőmotorok Villamos gépek Elektrotechnika Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Léptetőmotorok A léptetőmotorok legfontosabb jellemzői: Pontos, lépésszerű pozícionálás előre megadott számú vezérlőimpulzus segítségével. A pozícionáláshoz nincs szükség érzékelőre, szabályozóra Nagy nyomaték kis szögsebességnél, még egyes lépések esetén is. Nyugalmi helyzetben, gerjesztett állapotban nagy tartónyomaték, ami önzáró viselkedést eredményez Digitális vezérléshez közvetlenül csatlakoztatható Frekvenciaváltozás sebességére ügyelni kell, az irányítástechnikailag nyílt hurok miatt a lépéstévesztés rejtve maradhat Bizonyos esetekben lengésre hajlamos . . .

Különleges gépek Lineáris motorok Villamos gépek Elektrotechnika Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Lineáris motorok Egyenesvonalú haladó mozgatáshoz lineáris motor célszerű Lineáris aszinkron motor a legszélesebb körben használt lineáris motor 3 sztátor tekercs egymás mellett elhelyezve + háromfázisú feszültség = egyenes vonal mentén haladó mágneses tér lapos fémlemez a sztátor közelében: feszültség és áram a fémlemezben mozgató erő hat a fémlemezre kétféle változat: rövid primerű és rövid szekunderű kialakítás két fontos eltérés a hengeres változatútól: nagyobb a légrés, s ezért jóval nagyobb a mágnesező áram: teljesítménytényező és a hatásfok alacsony értékű a primer rész végénél a mágneses tér erősen lecsökken: a szekunderben tranziens áramok: csökken a tolóerő és nő a veszteség . . .

Különleges gépek Lineáris motorok Villamos gépek Elektrotechnika Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Lineáris motorok Rövid primerű lineáris aszinkron motor: kétoldalas vagy egyoldalas tekercsű . . . Kétoldalas tekercsű változat: nincs oldalirányú erő a primer és szekunder rész között Egyoldalas elrendezés: van oldalirányú erő

Különleges gépek Lineáris motorok Villamos gépek Elektrotechnika Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Lineáris motorok Rövid szekunderű lineáris aszinkron motor . . . Tekercsek vonalas elrendezése + háromfázisú feszültség = „mágneses folyam” → a fémlemez elmozdul A fémlemezt mágneses úton a primer felett lebegtetve → súrlódásmentes mozgatás: japán és német kísérleti gyorsvasút Primer tekercseket frekvenciaváltón keresztül táplálják

Különleges gépek Kefenélküli motorok (EC motorok) Villamos gépek Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Kefenélküli motorok (EC motorok) Egyenáramú gépek: A kommutátor a kefékkel együtt egy mechanikus egyenirányító Teljesítményelektronikai eszközök alkalmazása a kommutátor és kefék helyett = kefenélküli egyenáramú motor (elektronikus kommutációjú motor) Forgórészen állandó mágnes, állórészen az armatúra tekercsek Félvezetős kapcsolók: az armatúra tekercsekre kapcsolják a megfelelő irányú áramot a forgórész megfelelő helyzetében Ismerni kell a forgórész pillanatnyi helyzetét Állórész tekercsekben váltakozóáram: a forgórésszel szinkronforgó mágneses tér → szinkron gép, de 2 különbség: az állórész tekercsek áramai nem szinuszosak frekvencia nem állandó . . .

Különleges gépek Kefenélküli motorok (EC motorok) Villamos gépek Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Kefenélküli motorok (EC motorok) Kefenélküli motorok elvi felépítése . . .

Különleges gépek Kefenélküli motorok (EC motorok) Villamos gépek Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Kefenélküli motorok (EC motorok) A forgórész helyzetének meghatározása kétféle módon: Közvetlen helyzetmeghatározás: pl. szögjeladóval, mágneses érzékelővel (Hall-elemmel) Közvetett helyzetmeghatározás: „intrusive” módon: pl. kényszerjelekre adott válaszjelekkel nem „intrusive” módon: feszültség, áram méréssel és számítással . . . Hall - cella UH feszültség nagyságát és irányát a B indukció nagysága és iránya határozza meg

Különleges gépek Kefenélküli motorok (EC motorok) Villamos gépek Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Kefenélküli motorok (EC motorok) Hall integrált áramkörök: jelek a forgórész helyzetéről a kapcsolóelemeket vezérlő rendszer számára . . . A Hall-IC-k elhelyezése a forgórész alatt

Különleges gépek Kefenélküli motorok (EC motorok) Villamos gépek Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Váltakozóáramú szervomotorok Léptető motorok Lineáris motorok Kefenélküli motorok Különleges gépek Kefenélküli motorok (EC motorok) Közvetett helyzetmeghatározás: nagyfrekvenciás vizsgálójelekre adott válaszjelek kiértékelése → forgórész pozíciója („intrusive” módszer) Nem „intrusive” módszer: a motor feszültség és áram jeleinek mérése majd számítás → forgórész pozíciója . . EC motorok előnyei: jelleggörbéjük megegyezik a külső gerjesztésű egyenáramú motoréval üzemük megbízhatóbb nincs kefeszikrázás alkalmazásuk rohamosan terjed, például a számítástechnikai eszközök kedvelt motortípusa (pl. merevlemez meghajtók) .