Permanentmagnetiserte motorer
Tema Oppbygging og virkemåte Dimensjonering Anvendelsesområder Reguleringsmuligheter Sikkerhet Page 2 17.11.2011
Oppbygging og virkemåte Servus = lat. servant => En motor som følger setpunktet kvikt Meget kompakt, ingen akselmontert vifte, glatt overflate uten kjøleribber, høy IP-grad Designet og optimalisert for bruk med VFD Innebygd encoder, inkrementell eller absolutt Høy dynamikk pga redusert treghetsmoment, stor nøyaktighet Stor rotasjons-nøyaktighet, høy virkningsgrad Høy kortvarig overlastkapasitet, derfor høyt maksimalt moment over et stort turtallsområde Page 3 17.11.2011
Oppbygging og virkemåte SYNKRON MOTOR ASYNKRON MOTOR Stator Stator Vikling med pol spole system Spor i stator Viklinger Skjematisk fremstilling av de 3 viklingsfasene Rotor Laminert rotor: Utstansede stålplater med innbyrdes isolasjon og pålimte permanentmagneter Laminert rotor: Utstansede stålplater med innbyrdes isolasjon og aluminium staver innkapslet I rotoren Page 4 17.11.2011
Motor prinsipp Asynkron og synkron permanent-magnet motor Asynkron motor Permanentmagnet synkron motor Kortslutnings rotor Stator med 3-fase vikling Rotor med permanent magneter Page 5 17.11.2011
Motor prinsipp Lineærmotor N N Primærdel øvre Sekundærdel øvre Sekundærdel nedre Primærdel nedre Power cable Magneter (alternerende Nord- og sørpol) Stator Bevegelsesretning Rotor Page 6 17.11.2011
Prinsipp for elektronisk kommutering med blokkstrøm Prinsipp illustrert med en 2-polet motor og blokkstrøm: U -V -W W V -U U -V -W W V -U U -V -W W V -U + - U U U V V V W W W I U t I V t I W t Page 7 17.11.2011
Fra blokkstrøm til Sinus-strøm I U I U I V I V I W I W U DC U DC = Spenning = Strøm Ved å styre IGBT enes perioder, kan blokk- eller sinusformet strøm av varierende styrke og frekvens realiseres. Page 8 17.11.2011
Generering av moment i asynkron og permanentmagnet synkron motor M v r = B x A Strøm ledere A (stator) Synkron Asynkron Genereres ved å legge strømledere i spor og påtrykke en strøm med en faseforskyvning i forhold til tiden (3-fase strøm) Induksjon magnetisk flux B (rotor) Genereres av permanentmagneter Strøm i stator induserer en spenning i rotor-stavene når rotoren roterer saktere enn frekvensen til stator strømmen. Ettersom rotor-stavene er kortsluttet, flyter det en strøm som danner et magnetfelt. Page 9 17.11.2011
Generelle fordeler og ulemper med konseptene SYNKRON MOTOR ASYNKRON MOTOR Fordeler Turtallskarakterestikk Ulemper + høyere moment-tetthet + høyt kontinuerlig moment + lavt treghetsmoment + høy korttids overlastkapasitet + høy dynamisk kapasitet + høy effektivitet + lavt effekttap + lavere motortemperatur - høyere pris pga magnetisk materiale - dyrere feltsvekking (feltsvekkingstrøm nødvendig) - begrensning av maksimal strøm og maksimalt moment pga magnetisk materiale. + høy maksimal hastighet, stort feltsvekkingsområde + lavere pris, særlig for store motorer + mindre strøm ved tomgang/del-last, særlig i feltsvekking. - Lavere moment-tetthet - Større strømtrekk pga magnetiseringsstrøm - Lengre rampetider pga høyere treghetsmoment Page 10 17.11.2011
Generelle fordeler og ulemper med konseptene LINEÆR MOTOR Fordeler Ulemper Turtallskarakterestikk + valgfri traverseringslengde + ingen slark + stiv overføring + kan enkelt parallellkobles + ekstremt høy dynamisk kapasitet + ingen slitasje i overføring - høyere pris - generer svingninger (høy dynamikk) - Ingen integrert motorbrems - Delvis åpent magnetfelt Page 11 17.11.2011
Motorprinsipper, oppsummering Ved hovedsakelig delvis last og i feltsvekkingsområdet - dvs ved høye hastigheter, har asynkronmotorer fordeler når det gjelder tap og kjøling I området under nominelt turtall (ingen feltsvekking) har permanentmagnet synkron motorer en klar fordel når det gjelder tap, kjøling og kompakthet sammenlignet med asynkronmotor. Spesielt med vannkjøling har permanent-magnet motorer en stor fordel i hele turtallsområdet sammenlignet med asynkronmotorer når det gjelder kompakt design og kontinuerlig moment. Linærmotorer har ekstreme dynamiske egenskaper, direkte kraftoverføring uten elastisitet, slark og friksjonseffekt. Overlegen presisjon. Page 12 17.11.2011
Dimensjonering Overlast V DC =600V VDC=570V I max / M max Overlast område S3 (100K)-25% M grense S3 (100K)-60% I o / M 0 (100K) M n Kontinuerlig drift S3-25% 25% n n n Lastsyklus varighet 10 min Page 13 17.11.2011
Dimensjonering Feltsvekking Omformer størrelsen påvirkes av feltsvekkingstrømmen Begrensning av DC-spenning I n 120% n n Strøm M n Un Moment Spenning Hastighet Page 14 17.11.2011
Anvendelsesområder Mindre servomotorer brukes i alle typer produksjonsmaskiner og verktøymaskiner (CNC) Lineærmotorer brukes i høyhastighets verktøymaskiner, laser bearbeidings maskiner og pick&place maskiner Page 15 17.11.2011
Anvendelsesområder High-Torque motorer opp til 42 knm 1FW3 hulaksel motor opp til SH 400. 1FW4 massivrotor motor opp til SH 500 Brukes i et stort spekter av bransjer : Papir Page 16 17.11.2011 Metall/stål Marine Trykkeri Plastikk
Reguleringsmuligheter Posisjonering, turtallsregulering eller momentregulering Bruk av encoder gir veldig god kontroll (rotorposisjon) Raskere respons enn asynkronmotor, ingen forsinkelse ved oppstart pga magnetisering Posisjonering vha absolutt eller inkrementell encoder posisjon regulator Hastighet regulator Strøm regulator M n i Page 17 17.11.2011
Reguleringsmuligheter Inkrementell encoder Condensor Sampling plate Separating disc Photoelectric cells Output signals: 2048 cycles per revolution, for example Light source Spur A Spur B Reference mark 2048 raw signal 1V/SS from the encoder Spur R Resolution of the raw signals on the module: one incremental step (cycle) Additional inverted tracks: A, B, R, C, D Spur A 8 ramps per cycle A/D conversion with 256 steps per ramp Spur B Page 18 17.11.2011 Resolution: 2048 8 256 4 Mio.
Reguleringsmuligheter Absolutt encoder Condensor Separating disc Hall-effect element Light source Photoelectic cells Sampling plate Coding disc Gearbox Incremental tracks Binary encoding of a mechanical revolution with 8192 positions Motor speed Resolution: 16 revolutions Resolution: 256 revolutions Resolution: 4096 revolutions Single-turn encoder 16:1 16:1 16:1 Page 19 17.11.2011 Multiturn encoder
Sikkerhet Feltsvekking De samme sikkerhetsfunksjonene som finnes for asynkrone motorer, Safety Integrated Dersom motoren opererer i feltsvekkingsområdet og en feil får omformeren til å trippe, vil EMF fra motoren i løpet av 10ms nå utgangsklemmene på omformeren. Dette kan overlaste DC-linken og skade omformeren. Begrensing av turtall, bremsechopper og VPL er mulige tiltak. Page 20 17.11.2011
Sikkerhet Arbeid på omformeren Fordi permanent-magnet motoren genererer en spenning så snart motoren roterer er det nødvendig å følge noen sikkerhetsregler før man utfører arbeid på motoren eller omformeren. Arbeid på omformeren Koble omformeren fra nettforsyningen. Forsikre deg om at motoren ikke kan produsere spenning: - blokker motoren eller - koble motoren fra omformeren. Vent til DC-linken I omformeren er utladet. Arbeid på motoren Forsikre deg om at motoren ikke produserer noen spenning og - koble motoren fra omformeren eller - frakoble omformeren fra nettet og vent til DC-linken er utladet. Page 21 17.11.2011
Spørsmål? Takk for oppmerksomheten Page 22 17.11.2011