[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Politechnika Szczecińska
Zakład Maszyn i Napędów Elektrycznych
Laboratorium Maszyn Elektrycznych
Napęd z indukcyjnym silnikiem liniowym tubowym
Temat
1.
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest:
€ poznanie zasady działania, budowy silników liniowych oraz obszarów ich
zastosowania
€ wykonanie badań mających na celu identyfikację parametrów modelu silnika
liniowego i wyznaczenie wybranych charakterystyk
€ przeprowadzenie komputerowych badań symulacyjnych
2.
Wprowadzenie
Maszyny elektryczne liniowe są przetwornikami elektromechanicznymi, w których
pobrana energia elektryczna przetwarzana jest na energię mechaniczną ruchu postępowego
bez pośrednictwa mechanizmów dodatkowych tj. korbowodów czy przekładni.
Elektryczne napędy liniowe należą do najnowszych rozwiązań konstrukcyjnych w
dziedzinie serwonapędów obrabiarkowych. Ich rozwój wynika z coraz ostrzejszych wymagań
stawianych napędom posuwu obrabiarek sterowanych numerycznie, a wynikających przede
wszystkim z ważniejszych wymagań:
€ wzrostu dokładności pozycjonowania (ok. 0,1 μm),
€
wzrostu prędkości ruchu posuwowego, do 700 m/min, rozwiązania konwencjonalne
zapewniają 60 m/min,
€ wzrostu przyspieszenia ruchu w stanach przejściowych, do 120 m/s
2
, a rozwiązania
konwencjonalne do 10 m/s
2
,
€ wzrostu drogi przesuwu do 50 m, a konwencjonalne do 6 m,
Na rys. 1 przedstawiono
możliwości
napędów
posuwowych
wynikające z kryteriów
technologicznych.
1
Rys. 1. Wymagania eksploatacyjne stawiane nowoczesnym napędom posuwowym.
Istota działania silników liniowych nie różni się od maszyn wirujących, a ich
konstrukcja jest wynikiem transformacji topologicznej (rys. 2) obwodów magnetycznych i
elektrycznych maszyny konwencjonalnej. W wyniku takiej transformacji z silnika wirującego
otrzymuje się w pierwszej fazie silnik łukowy, następnie silnik liniowy płaski, a w trzecim
kroku silnik liniowy tubowy (cylindryczny).
Rys. 2. Transformacja topologiczna silnika wirującego w silnik liniowy.
2
Tego rodzaju transformację można zastosować do wszystkich typów silników wirujących
i w wyniku otrzymać:

silniki liniowe indukcyjne

silniki liniowe synchroniczne

silniki liniowe prądu stałego

silniki liniowe krokowe

silniki o ruchu złożonym.
Budowa silnika liniowego oparta jest na dwóch zasadniczych elementach:
części
pierwotnej - wzbudnika odpowiedzialnego za wytworzenie pola elektromagnetycznego oraz
części wtórnej - twornika (biegnika) wykonującego z reguły ruch liniowy (choć może być
odwrotnie).
a)
b)
Rys. 3. Silnik indukcyjny liniowy płaski: a) jednostronny, b) dwustronny
1 – część pierwotna, 2 – część wtórna
Wykorzystanie materiałów czynnych w silnikach indukcyjnych liniowych tubowych jest
lepsze niż w silnikach płaskich, gdyż cylindryczne cewki uzwojeń części pierwotnej oraz
ukształtowane cylindryczne obwody elektryczne części wtórnej nie mają połączeń czołowych.
Jednak z uwagi na trudności w utrzymaniu centryczności pierwotnej i wtórnej oraz
równomiernej szczeliny powietrznej wzdłuż obwodu (istnieje potrzeba specjalnego układu
ułożyskowania), co wiąże się z niską niezawodnością pracy, silniki tubowe nie znalazły
zastosowania w napędach dużych mocy.
3
Rys. 4. silnik indukcyjny liniowy tubowy:
a)
jednostronny o zewnętrznej krótkiej części pierwotnej
b)
jednostronny o zewnętrznej części wtórnej
c)
dwustronny o krótkiej części pierwotnej
1 – część pierwotna, 2 – część wtórna
Schemat TSIL, analogicznie jak dla silników asynchronicznych lub indukcyjnych
liniowych, przedstawiono na rys. 5.
R
'
'
X
R
X
1
1
2
X
R
Fe
μ
Rys. 5. Pełny schemat zastępczy TSIL
4
 Dla potrzeb badawczych można go zmodyfikować przekształcając gałąź poprzeczną z układu
2
2
R
X
R
X
Fe
g
g
Fe
równoległego na szeregowy. Wówczas
R

,
X

. Wtedy schemat
0
0
2
2
2
2
R

X
R

X
Fe
g
Fe
g
U
P
f
zastępczy przyjmuje postać przedstawioną na rys. 6, a wartości
R

0
,
Z

0
,
0
3

I
2
I
p
p
2
0
2
0
X

Z

R
.
0
X
R
X
R
'
'
1
1
2
X
0
R
0
Rys. 6. Zmodyfikowany schemat zastępczy TSIL
Z reguły przy analizie sil możemy przyjąć następujące uproszczenia:
R


,
R
0
≈0
i stąd
Fe
X
μ
=X
0
. Dla pewnych warunków obwodu wtórnego można przyjąć, że X’
2
=0.
Podstawowe dziedziny zastosowania silników liniowych:
€
jako
siłowniki
lub
elementy
wykonawcze
w
układach
automatycznie
sterowanych,
€ w różnych urządzeniach przenoszenia,
€ przy zamykaniu i otwieraniu drzwi, bram i zasuw,
€ w podajnikach,
€
jako napęd posuwu w obrabiarkach.
Silniki TSIL są stosowane do napędu młotów, ubijaków i pomp lub jako człony
wykonawcze realizujące krótkie przemieszczenia elementu ruchomego.
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]