Električni pogoni
Download
Report
Transcript 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
mL
0
Motor
+
mc
Breme
1
s
2
d
J1 1 mel mc
dt
mel (1 ,1 , J d ) K (1 2 )
d2
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 max
376.8
r
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
J r J1 J 2 J 3 J 4 J 5
2
t
d
J
6
2
2
m
m
(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:
1200 9.811
Tem
90.71 Nm
162.22 0.8
Servosistemi
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 9.811
'
30.71 Nm
(1.20)
162.22 0.8
In moč motorja je enaka:
Pem ' Tem 'm 30.71162.22 4905 W
Servosistemi
14
(1.21)
Inštitut za robotiko
1.3. Dinamika bremena in stabilnost - toga sklopljenost
d r
Te Tfriction Tload
dt
Tfriction TS TC TV TW
Jt
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