Električni pogoni
1. Pretvorba enegije z električnimi pogoni 1.1. Električni pogon - definicija Električni pogoni lahko obratujejo s konstantno hitrostjo (slika 1.1) ali s spremenljivo hitrostjo (slika 1.2). proga (obremenitev) izmenični motor elastična povezava Elektromehanski sistem za vklop/izklop in zaščita Servosistemi Slika 1.1. Električni pogon konstantne hitrosti 1 Inštitut za robotiko Elektronski pretvorniški sistem proga (obremenitev) izmenični motor elastična povezava Elektromehanski sistem za ločitev in zaščito Slika 1.2. Električni pogon spremenljive hitrosti Servosistemi 2 Inštitut za robotiko Pin=925kW Pout=100kW Ventili in črpalke Termoelektrarna 566kW Prenos energije 37kW Motor/ pogon 200kW 33kW Izgube!!!! Slika 1.3. Poraba primarne energije v postroju električni pogon - črpalka Servosistemi 3 Inštitut za robotiko navor črpalke ventilatorji moč moč moč Navijalci tuljav Izkopavalni stroji navor Tbremena navor Tbremena moč Tbremena moč Dvigala Električni transporterji Orodni stroji in Roboti navor moč navor Tbremena Nizke hitrosti Visoke hitrosti navor Tbremena Tbremena Slika 1.4. Tipične karakteristike bremen - hitrost / moment, hitrost / moč Servosistemi 4 Inštitut za robotiko 2 , 2 mc mel , 1 , 1 mc J1 Motor mL Breme mc Napajanje dd motnje Dinamika motorja mel mL _ 0 _ + 1 J 1 s Dinamika bremena 1 s d L motnje Primer obremenitve servopogona – toga mehanska povezava Servosistemi 5 Inštitut za robotiko 2 , 2 mc mel , 1 , 1 mc J1 Napajanje Motor dd _ mel 1 J1 _ 1 1 s mc 1 s _ + _ mL 1 K 1 J2 1 s mc mL 0 Motor + Breme 1 s 2 d1 mel mc dt mel (1 ,1 , J d ) K (1 2 ) J1 d 2 J2 mc mL dt K (1 2 ) mL ( 2 , 2 , J L ) d1 1 dt Breme d 2 d 2 dt Primer obremenitve servopogona elastična mehanska povezava 2 L Servosistemi 6 Inštitut za robotiko 1.2. Ujemanje profila gibanja hitrost pozicija navor Slika 1.5. Profil gibanje / čas a.) hitrost b.) položaj c.) zahtevan moment bremena Servosistemi 7 Inštitut za robotiko Primer 1: Direktni pogon Direktni pogon mora zagotavljati zahtevan profil gibanja (slika 1.6) pri konstantnem momentu bremena TL = 10Nm in skupnem vztajnostnem momentu J = 0.02 kgm2. Slika 1.6. Zahtevan profil hitrost/čas Zanemarimo mehanske izgube in izračunamo zahtevano časovno karakteristiko momenta motorja (Te) / čas. Enačba gibanja za direktni pogon je: Te t J r t TL t Servosistemi 8 Inštitut za robotiko Za področje linearnega naraščanja oz. zmanjševanja hitrosti (pospeševanje zaviranje) je odvod hitrosti določen kot:: r r max 376.8 1884 rad / s2 ta 0.2 Za področje konstantne hitrosti je: r 0.0 . Torej je zahtevan časovni profil momenta motorja določen kot: za 0 t 0.2s 1884 0.02 10 37.68 10 47.68Nm; Te 0 10 10 Nm; za 0.2 t 0.8s 1884 0.02 10 37.68 10 27.68Nm; za 0.8 t 1s Servosistemi 9 Inštitut za robotiko Slika 1.7. Zahtevan profil momenta motorja Servosistemi 10 Inštitut za robotiko Primer 1.3. Pogon s prenosi Imamo električni pogon za dvigalo s podatki, kot so prikazani na spodnji sliki. Slika 1.8. Električni pogon dvigala z večimi mehanskimi prenosi in protiutežjo Servosistemi 11 Inštitut za robotiko Nazivna hitrost motorja je nn = 1550 o/min. Izkoristek reduktorja je h = 0.8. Izračunajmo celotni vztajnostni moment (reduciran na os motorja), moment in moč za primer z protiutežjo in brez protiuteži. Najprej izračunamo kotno hitrost motorja m: m 2 n n 2 1550 162 .22 rad/s 60 (1.12) Prestavno razmerje reduktorja lahko definiramo kot razmerje hitrosti - t /m za vztrajnostni moment J4+J5 in d /m za vztrajnostni moment J6 (slika 1.8). Torej je vztrajnostni moment vseh rotirajočih delov, reduciran na os motorja, določen kot: 2 2 t d J r J1 J 2 J 3 J 4 J 5 2 J 6 2 m m 2 (1.13) 2 2.5 7.5 2 15 8 2 0.5 200 8 25.062 kgm 162.22 162.22 Servosistemi 12 Inštitut za robotiko Izračunamo vztrajnostni moment kabine in protiuteži, reducirano na os motorja (Je): u2 12 2 J e m c m cw 2 1200 800 0 . 07238 kgm 166 .22 2 m (1.14) Celotni vztrajnostni moment Jt je: J t J r J e 25 .062 0.07238 25 .135 kgm 2 (1.15) Za primer brez protiuteži velja naslednja relacija (zakon ohranjanja energije): Tem m h m c g u (1.16) In za zahtevan moment motorja dobimo naslednjo vrednost: Tem Servosistemi 1200 9.81 1 90.71 Nm 162.22 0.8 13 (1.17) Inštitut za robotiko Moč motorja je v tem primeru: Pem Tem m 90 .71 162 .22 14715 W (1.18) V primeru s protiutežjo (1.16), pa dobimo: Tem Tem ' m h m c m cw g u (1.19) 1200 800 9.81 1 ' 30 .71 Nm (1.20) 162 .22 0.8 In moč motorja je enaka: Pem ' Tem 'm 30 .71 162 .22 4905 W Servosistemi 14 (1.21) Inštitut za robotiko 1.3. Dinamika bremena in stabilnost - toga sklopljenost d r Jt Te Tfriction Tload dt Tfriction TS TC TV TW Kjer je: (1.23) TS - statično trenje (pri hitrosti nič) TC-Coulomb trenje (konstanto s hitrostjo) TV - viskozno trenje (proporcionalno hitrosti TW- zračni upor (proporcionalen kvadratu hitrosti) TV B' r TW C r Servosistemi (1.22) 15 (1.24) 2 (1.25) Inštitut za robotiko Slika 1.9. Komponente trenja Tfriction Slika 1.10. Momentne karakteristike: a.) enosmerni motor z ločenim vzbujanjem Servosistemi b.) asinhronski motor c.) sinhronski motor 16 Inštitut za robotiko 1.4. Večkvadrantno obratovanje Možnosti večkvadrantnega obratovanja so predstavljene v Tabeli 1.1 Tabela 1.1 Način delovanja Motorski naprej Hitrost, r + Navor, Te Smer pretoka električne moči Servosistemi Regenerativno zaviranje naprej Motorski nazaj Regenerativno zaviranje nazaj + - - + - - + + - + - 17 Inštitut za robotiko zaviranje naprej maksimalna hitrost motor naprej osnovna hitrost osnovna hitrost motor nazaj zaviranje nazaj trajno delovanje kratkotrajno delovanje (prehodni pojavi ipd.) Štirje kvadranti obratovanja Servosistemi 18 Inštitut za robotiko Sistem vodenja servopogona Servosistemi Inštitut za robotiko
© Copyright 2024