Témata
Reklama

Matematické modelování a regulace elektrických pohonů

Sérii tří článků, která přiblíží čtenářům oblast matematického modelování a regulace elektrických pohonů, připravila do následujících čísel autorská dílna technického rozvoje společnosti První Elektro, a. s. V Chomutově sídlící společnost vytvořila tuto skupinu pro zvýšení technické úrovně a užitných hodnot svých produktů. Pomocí moderních metod (matematických modelů) probíhají práce na vývoji a optimalizaci parametrů elektrických obvodů a řídicích systémů regulovaných pohonů v průmyslu. Aplikace těchto systémů a metod by měly přinést efekt v optimálním dimenzování elektrovýbavy pohonů s cílem snížit provozní náklady a najít uplatnění zejména:

  • v těžebních technologiích;
  • ve výrobních linkách;
  • v energetice.
  • První článek se zabývá synchronními stroji s permanentními magnety SPM, jejich magnetickými obvody a průběhy magnetického pole. Dále je uveden matematický model SPM, jehož výstupem jsou charakteristiky popisující dynamické chování SPM v přechodném a ustáleném stavu.
    Druhý článek seznámí čtenáře s principem invariance v regulovaných pohonech, definuje její základní podmínky na základě znalosti obrazových přenosů regulačního obvodu a znázorňuje její vliv na kvalitu regulace na charakteristikách, které jsou ověřeny na pohonu se stejnosměrným motorem.
    Třetí článek bude na téma regulace asynchronních motorů napájených z frekvenčních měničů.
    Reklama
    Reklama
    Reklama

    Synchronní stroje s permanentními magnety

    Synchronní stroje s permanentními magnety (SPM) se začaly používat již v 70. letech. V současné době se při konstrukci SPM používají magnetické materiály vzácných zemin, jako jsou např. SmCo, NdFeB, které mají velký energetický součin (BH). Zde se seznámíme s magnetickým obvodem SPM, tvarem magnetického pole v obvodu bez reakce kotvy a s průběhem magnetické indukce podél vzduchové mezery. Dále uvedeme princip matematického modelování SPM , který realizuje dynamické chování SPM. V matematickém modelu můžeme změřit různé elektromagnetické veličiny, z nichž nejdůležitější je moment a otáčky motoru.

    Magnetický obvod SPM a jeho magnetické pole

    Magnetické obvody se navrhují na základě výkonových a dynamických požadavků. Nejdůležitějšími požadavky při návrhu stroje jsou dosažení největšího elektromagnetického momentu a nejlepší magnetické využití. Železo magnetického obvodu se může nasytit, pokud indukce dosáhne 1,6 ( 1,7 T. Permeabilita železa po nasycení rychle klesá a při indukci 2,1 T je vodivost železa přibližně stejná jako vodivost vzduchu. Magnetický návrh by měl zajistit, že indukce nepřesáhne uvedené hranice, jinak bude nutné příliš velké magnetické napětí na průchod proudu železem. Z toho plyne, že magnetický tok bude omezen. Na obr. 2 je znázorněn průběh magnetických siločar, které jsou vytvořeny polem magnetů z vzácných zemin (NdFeB). Různé barevné skvrny na obr. 3 znázorňují odlišnost magnetické indukce podle prostředí, ve kterém se nachází, červená barva symbolizuje největší indukce a bílá nejmenší. Průběh magnetické indukce ve vzduchové mezeře je znázorněn na obr. 4. Největší amplituda magnetické indukce je získaná vždy pod povrchem PM, kde je nejmenší vzduchová mezera.

    Matematický model SPM s povrchovým uspořádáním

    Soustava diferenciálních rovnic s periodicky se měnicími koeficienty, která popisuje přechodové děje ve vinutích statoru, je poměrně složitá. Jedna z rozšířených metod, usnadňující její řešení, je tzv. transformace ze soustavy a, b, c do soustavy d, q, 0, viz obr. 5. Její smysl spočívá v tom, že prostorově nehybné trojfázové vinutí statoru protékané trojfázovým proudem a budicím točivým magnetickým polem nahradíme dvoufázovým vinutím, otáčejícím se v prostoru synchronně s rotorem. Každá fáze dvoufázového vinutí je protékaná stejnosměrným proudem.Velikost stejnosměrných proudů dvoufázového vinutí se volí tak, aby se jimi vyvolané magnetické pole, které se pochopitelně též otáčí synchronně s rotorem, rovnalo točivému magnetickému poli nahrazeného trojfázového vinutí. Při přechodových dějích, kdy se v trojfázovém vinutí statoru mění velikost střídavých proudů, mění se odpovídajícím způsobem i velikost stejnosměrných proudů v dvoufázovém otáčejícím se vinutí. U elektrických strojů s permanentními magnety je navíc důležité, aby matematický model realizoval nejen dynamické chovaní stroje, ale i vliv demagnetizačních účinků na vlastnosti PM při přechodových dějích a ustálených stavech. Dále je demagnetizace SPM způsobena také zvětšováním teploty stroje. Tyto demagnetizační účinky se musí brát v úvahu při navrhování stroje a dimenzování parametrů PM.

    Závěr

    Elektrické stroje s PM mají řadu výhod, jako např. velkou účinnost, menší nároky na chlazení, velkou hustota výkonu na jednotku objemu a tím menší rozměry v porovnání se stroji s klasickým buzením atd. Nevýhodami jsou však zatím jejich vysoká cena PM a neregulovatelný magnetický tok PM .
    Ing. Esmail Salah
    Reklama
    Vydání #3
    Kód článku: 30338
    Datum: 12. 03. 2003
    Rubrika: Trendy / Automatizace
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Platforma pro edgecomputing a průmyslový internet věcí

    Systém FIELD (FANUC Intelligent Edge Link and Drive) je platforma určená pro propojení provozních zařízení, která umožňuje rychlý a spolehlivý přístup k výrobním datům s cílem využít je k naplnění koncepce chytré, propojené výroby. Dovoluje realizovat edge computing, tedy shromažďovat a zpracovávat data přímo v provozu, nikoliv až v cloudu, a umožňuje tak činit rozhodnutí, která se týkají jednotlivých strojů a zařízení, mnohem rychleji než u cloudových aplikací. Přitom zůstává zachována možnost, nikoliv povinnost, předem zpracovaná data přenášet k centralizovanému zpracování v informačním systému podniku nebo v cloudu. Účelem je nejen monitorovat, ale i aktivně zasahovat do výrobního procesu ve smyslu regulační smyčky se zpětnou vazbou.

    Školní robot pro výuku automatizace

    Vzdělávání žáků pro život v první polovině 21. století, v naší tzv. industriální civilizaci.

    Strojírenská firma sází na kolaborativní aplikaci

    FT-Produktion, švédská strojírenská firma se zákazníky z automobilového, stavebního a nábytkářského průmyslu, zvýšila svou produktivitu díky robotickému řešení obsahujícímu dva uchopovače RG2 od společnosti OnRobot. Kolaborativní aplikace pomohla výrobci zvýšit produktivitu, zkrátit dodací lhůty a přijímat objednávky o mnohem větších objemech.

    Související články
    Doživotní přesnost servopohonů s dutou hřídelí

    Požadavky, se kterými se obor pohonné techniky dlouhodobě setkává, jsou velmi různorodé. Kompaktnost a velký výkon se jako klíčové atributy staly standardem v mnoha aplikacích. Zástavbový prostor, který je k dispozici, je stále zmenšován, avšak požadavky na výkon zůstávají buď stejné, nebo se zvyšují. Stále rostoucí globální konkurence vyžaduje trvalou optimalizaci výkonu.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Demystifikace kolaborativních průmyslových robotů

    Mezinárodní federace robotiky (IFR, International Federation of Robotics) zveřejnila v prosinci 2018 zprávu nazvanou Demystifikace kolaborativních průmyslových robotů (Demystifying Collaborative Industrial Robots), která se snaží nalézt odpověď na otázku současné a budoucí úlohy kolaborativní robotiky. Níže uvádíme překlad podstatné části zprávy, kterou nám poskytl jeden ze členů IFR - společnost FANUC.

    Roboty řeší nedostatek zaměstnanců v průmyslu

    Od svého uvedení na trh v roce 2010 dodala společnost KUKA více než 100 000 robotů řady KR Quantec. Důvodem zájmu o ně je jejich vysoká spolehlivost a univerzálnost s širokým spektrem aplikací.

    Zerobot - efektivní způsob automatizace

    V minulém příspěvku (www.mmspektrum.com/180112) jsme popsali tzv. nulový bod upínání (Zero point systém). Ukazuje se, že při dnešních trendech, kdy automatizace a zejména pak robotizace opět zažívají velkou renesanci, je výhodné spojit Zero point systém a robot. O trendech takového spojení pojednává tento příspěvek.

    Automatická obsluha mezioperačního skladu

    Důvodem pro nasazení automatu v obsluze skladu polotovarů v jičínském závodě Continental Automotive Czech Republic je speciální klima. Brzdové komponenty z plastů musejí po určitou dobu schnout a dozrávat za přísných teplotních, a hlavně vlhkostních podmínek, které nejsou vhodné pro delší pobyt člověka.

    Pro ergonomickou obsluhu strojů

    Optimální ergonomie je na pracovišti nezbytná. Stroje nejenže musejí splňovat bezpečnostní požadavky, ale musejí také být navrženy tak, aby jejich obsluha byla co nejsnadnější a bez námahy. Ovládací panely na strojích proto musejí být flexibilní a snadno polohovatelné prostřednictvím systémů nosných ramen.

    Když jde o prostor…

    Současné trendy směřují k mnohem větší míře využití elektroniky než doposud. To je hlavní, nikoliv však jediný důvod, proč se množí automatizace výroby menších zařízení, jakými jsou například mobilní telefony, tablety i ostatní elektronika. Ale nejde jen o ni, ale i o laboratoře, farmacii apod.

    Budoucnost patří spolupráci člověka s robotem

    Automatizaci si lze z dnešní výroby jen stěží odmyslet. V mnoha případech jsou její jednotlivé stupně zaváděny plynule. Průmyslové roboty postupně přebírají různé nové úkoly a spolupracují stále těsněji s člověkem. Spolupráce člověk–robot (Human-Robot-Collaboration – HRC) se tak stává nedílnou součástí automatizace.

    Novinky ve vývoji řídicího systému SandRA

    Společnost ZAT každoročně představuje novinky ve vývoji českého řídicího systému SandRA. Nač se zaměří letos? „V roce 2016 jsme se věnovali vývoji a posílení vizualizace a komunikace, letos cílíme na kybernetickou bezpečnost a rozvoj aplikací a služeb směrem k Průmyslu 4.0,“ říká Pavel Kulík, ředitel útvaru Technický rozvoj společnosti ZAT a.s.

    Vše je uvnitř!

    Pokud potřebujete elektrický pohon a uvažujete o tom, zda máte dostatečné kapacity a čas na řešení své aplikace, je na místě uvažovat o elektrickém pohonu EMCA od firmy Festo.

    Monitoring výroby přinesl vyšší produktivitu

    Společnost Kopos Kolín patří mezi tradiční české elektroinstalační podniky působící řadu desetiletí na českém trhu. Firma se před časem rozhodla implementovat do výroby systém Plantyst, který spojuje monitorování technologií a jednoduchý shop floor management do jednoho nástroje. Výsledkem byl výrazný nárůst produktivity a přesné informace o stavu výroby.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit