1.Hamowanie odzyskowe w silniku obcowzbudny prądu stałego

Występuje wówczas, kiedy prędkość silnika jest większa od prędkości idealnego biegu jałowego. Silnik pracuje wtedy jako obcowzbudna prądnica prądu stałego. Prąd twornika staje się ujemny, a kierunek momentu obrotowego jest przeciwny niż kierunek wirowania. Energia mechaniczna doprowadzana do wału, zmniejszona o straty w silniku, jest oddawana do źródła napięcia stałego. Energia mechaniczna przekazana przez urządzenie napędzane do maszyny prądu stałego jest w niej przetwarzana na energię elektryczną, a następnie przekazywana do sieci zasilającej, Oznacza to, że maszyna pracuje jako prądnica. Należy zwrócić uwagę, że przy hamowaniu odzyskowym moment hamujący pojawia się na skutek zmiany kierunku przepływu prądu twornika, co z kolei wynika z tego, że napięcie wewnętrzne ma większą wartość niż napięcie doprowadzone do obwodu twornika. Dlatego hamowanie odzyskowe występuje w praktyce, przy zachowaniu stałego strumienia wzbudzenia, w dwóch przypadkach, gdy :

- przy stałym napięciu twornika moment zewnętrzny ma charakter aktywny

- przy stałej prędkości wirowania wirnika napięcie twornika zostanie zmniejszone tak, że napięcie wewnętrzne będzie większe od napięcia doprowadzonego do obwodu twornika

Powyższe warunki mogą być spełnione w stanach ustalonych. Niezależnie od tego w napędach regulowanych hamowanie odzyskowe może występować w stanach przejściowych, nawet przy obciążeniu reaktywnym, np. napęd zasilany przez tyrystorowy przekształtnik nawrotny. Jak wynika z charakterystyk mechanicznych włączenie rezystancji dodatkowej w obwód twornika powoduje wzrost prędkości wirowania wału maszyny przy zachowaniu stałej wartości momentu hamującego. Dlatego, aby ograniczyć prędkość należy zewrzeć wszystkie rezystancje dodatkowe.

2. Zalety i wady oraz zasada działania silnika reluktancyjnego przełączalnego

Silnik ten ma takie zalety jak prosta konstrukcja wirnika (brak uzwojeń i magnesów), duża niezawodność, duży stosunek momentu elektromagnetycznego do momentu bezwładności i możliwości osiągania bardzo dużych prędkości obrotowych. Cechy te sprawiają, że silnik reluktancyjny przełączalny staje się interesującą alternatywą dla napędów z silnikami indukcyjnymi i z silnikami synchronicznymi o magnesach trwałych. Wadami tego silnika są natomiast znaczne tętnienia momentu elektromagnetycznego i złożona struktura sterowania.

W silniku tym wykorzystuje się moment elektromagnetyczny reluktancyjny, czyli moment spowodowany anizotropią właściwości magnetycznych wirnika. Uzyskuje się je dzięki odpowiedniej konstrukcji wirnika ( na jego obwodzie wprowadza się zęby). Liczba par zębów jest z założenia mniejsza od liczby par uzwojenia stojana. Pasma stojana zasila się sekwencyjnie ciągiem impulsów o skończonej szerokości, w wyniku czego nie przewodzą one równocześnie prądu. Takie sekwencyjne zasilanie pasm powoduje, że zmieniający swoje położenie wektor strumienia magnetycznego stojana przyciąga najbliższą parę zębów wirnika. Sterowanie silnikiem polega więc na załączaniu kolejnych pasm stojana i odpowiednim regulowaniu prądu w załączonej fazie. Aby uzyskać możliwie małe tętnienia momentu, załączanie i wyłączanie pasm należy prowadzić przy ściśle określonych kątach położenia wirnika, a do tego są potrzebne informacje o aktualnym położeniu wirnika.

3. Silnik indukcyjny. Budowa i zasada działania.

Zasadniczymi częściami składowymi silnika indukcyjnego są nieruchomy stojan

i obracający się wirnik. Wewnętrzną stronę stojana tworzy pakiet z blach o wyciętych

żłobkach, w których są umieszczone fazy uzwojenia. Wirnik może być klatkowy lub pierścieniowy. Silniki pierścieniowe mają w żłobkach rdzenia wirnika rozłożone uzwojenia (miedziane).

Silniki klatkowe mają w żłobkach rdzenia wirnika rozłożone uzwojenie wykonane jako prętowe (zwarte w czołach), a w związku z tym jego końcówki nie są wyprowadzone do tabliczki zaciskowej maszyny.

Silnik indukcyjny należy do maszyn elektrycznych wykorzystujących prąd przemienny by działać czyli przetwarzać energię elektryczną w energię mechaniczną i na odwrót. Przetwarzanie energii odbywa się za pośrednictwem pola magnetycznego i jest wynikiem działań dynamicznych pola magnetycznego na uzwojenia umieszczone w maszynie, w których płyną prądy wymuszone siłą elektromotoryczną indukowaną przez te pole magnetyczne. Jeżeli wartość tej siły jest większa od wartości momentu obciążenia, to wirnik rusza i zaczyna zwiększać swoja prędkość obrotową. Zwiększanie prędkości wirnika, powoduje że pręty jego klatki przecinane są przez pole magnetyczne z coraz mniejszą prędkością, co skutkuje zmniejszeniem wartości indukowanej siły elektromotorycznej i spadkiem wartość prądu płynącego w prętach klatki, a zatem spada również wartość momentu elektromagnetycznego. Jeżeli moment ten spadnie do wartości równej momentowi obciążenia, wirnik przestanie przyspieszać i dalej będzie poruszał się ze stał

ą prędkością. Gdyby nie było żadnego momentu oporowego, wirnik osiągnąłby prędkość równą wartości prędkości wirowania pola, a więc prędkości synchronicznej. Sytuacja taka nie jest jednak możliwa do wystąpienia w rzeczywistym silniku, ponieważ zawsze występuje jakiś moment obciążenia, chociażby moment tarcia w łożyskach czy opór powietrza.

4.Szumy pomiarowe

Sposób przenoszenia sygnału szumu ω_s na sygnał prędkości mierzonej ω_h określa transmitancja wrażliwości S(jω), a na sygnał prędkości rzeczywistej ω transmitancja komplementarna T-1-S, która dla małych częstotliwości ma wartość bliską jedności. Oznacza to, że składowe ω_n o niskich częstotliwościach, wywołane przede wszystkim błędami przetwornika położenia kątowego, będą bez przeszkód przenosić się na wyjście układu regulacji. Im wyższe będą współczynniki wzmocnienia regulatora, tym szerszy zakres częstotliwości, przy których błędy pomiarowe będą wpływać na prędkość napędu. Jest to sytuacja odwrotna do rozpatrywanej przy zakłóceniach obciążeniowych – tam wysokie współczynniki wzmocnienia regulatora zapewniają większą redukcję wpływu tętnień momentu oporowego na tętnienia prędkości.

Głównym źródłem szumów w cyfrowych układach regulacji prędkości są błędy przetwornika pomiarowego położenia. W przetwornikach różniczkujących N położeń kątowych na obrót elementarny przyrost kąta ( błąd rozdzielczości pomiaru kąta θ_res):

θ_res=$\frac{2\pi}{N}$[rad]

5. Przetworniki pomiarowe

Rozróżniamy trzy typy przetworników, kiedyś były powszechnie stosowane oddzielne przetworniki pomiarowe. Pierwszym są prądnice tachometryczne prądu stałego w obwodzie regulacji prędkości. Prądnica przetwarza prędkość chwilową ω na proporcjonalny do niej sygnał napięciowy, który może być bezpośrednio wykorzystany jako sygnał sprzężenia prędkości w regulatorach analogowych. Cyfrowe układy regulacji wymagają dość kłopotliwego przetworzenia sygnału prądnicy tachometrycznej do postaci cyfrowej. Z tego powodu dziś prądnice stosuje się bardzo rzadko, a prędkość jest wyliczana za skwantowanego i spróbkowanego sygnału dostarczanego przez przetwornik położenia.

Kolejnym typem są transformatory położenia kątowego, które są zdolne pracować w trudnych warunkach (np. wysoka temperatura, wibracje, zapylenie). Ich dokładność nie jest jednak zbyt duża, dlatego też dziś częściej stosuje się en kodery optoelektroniczne, czyli tarcze z naciętymi otworami przecinające strumień świetlny na diodzie LED – fototranzystor.

Ostatnim typem są przetworniki położenia kątowego. Rozróżnia się dwa podstawowe typy tych przetworników:

- obrotowo-kodowe ( enkodery absolutne)

- obrotowo- impulsowe ( enkodery inkrementalne).

W przetworniku obrotowo-kodowym każdemu położeniu kątowemu osi odpowiada konkretna wartość kodowa na wyjściu, przy czym istnieją en kodery absolutne jednoobrotowe i wieloobrotowe; jednoobrotowe rozróżniają pozycje tylko w zakresie jednego obrotu, a wieloobrotowe nie tylko rozróżniają pozycje kątowe, ale również zliczają wykonane obroty.

Przetwornik obrotowo-impulsowy generuje na wyjściu prostokątne, zero-jedynkowe sygnały o współczynniku wypełnienia 50%. By rozróżnić kierunek obrotu en kodera, stosuje się dwa wyjścia: A i B, na których są wytwarzane impulsy przesunięte względem siebie o 90 stopni.

Dostępne są przetworniki dostarczające od 100 do 10000 imp/Obr w każdym kanale A i B. W celu ustalenia aktualnego kąta θ impulsy en kodera są zliczane przez dwukierunkowy licznik.

6. Wzmacniacz magnetyczny

Wzmacniacz magnetyczny jest to dławik z rdzeniem stalowym, którego reaktancja indukcyjna jest zmieniana przez magnesowanie rdzenia prądem stałym. Jeśli prąd w uzwojeniu magnesującym nie płynie, to reaktancja wzmacniacza jest duża, a prąd w uzwojeniu prądu przemiennego jest mały. Jeśli w uzwojeniu magnesującym zacznie płynąc prąd, to reaktancja dławika będzie maleć w miarę nasycania się rdzenia i prąd w uzwojeniu roboczym będzie wzrastać.

Pod wpływem przemiennego pola w rdzeniu wzmacniacza indukuje się w jego uzwojeniach siła elektromotoryczna, powodująca przepływ prądu przemiennego, który nakłada się na prąd sterujący. W celu ograniczenia tego prądu, włącza się dławik. Uzwojenia sterujące są w tych układach podzielone na dwie części, nawinięte na osobnych rdzeniach. Uzwojenia nawinięte są przeciwsobnie, wskutek czego, siły elektromotoryczne indukowane w nich znoszą się. Taki wzmacniacz bez sprzężenia zwrotnego nazywa się również transduktorem. W celu zwiększenia czułości wzmacniaczy stosuje się dodatkowe sterowanie wzmacniaczy prądem roboczym. Takie dodatkowe sterowanie nazywa się sprzężeniem zwrotnym. Układ wzmacniacza z wewnętrznym sprzężeniem zwrotnym polega na tym, że uzwojenie robocze jest podzielone na dwie gałęzie nawinięte na osobnych rdzeniach, przy czym w obwód każdej z gałęzi jest włączona dioda. Uzwojenie robocze jest nawinięte tak, że wytwarzany przez nie strumień magnetyczny pulsujący dodaje się do strumienia uzwojenia sterującego i magnesowanie rdzenia jest wzmocnione. W układzie wzmacniacza z zewnętrznym sprzężeniem zwrotnym prąd roboczy prostowany w prostowniku na zewnątrz wzmacniacza przepływa następnie przez dodatkowe uzwojenie sterujące, wzmacniając w ten sposób magnesowanie rdzenia. Wzmacniacze magnetyczne mogą również być użyte do zasilania odbiorników prądu stałego, W tym przypadku, wskutek zastosowania prostownika, mają one wyjście stałoprądowe. Charakterystyki wzmacniaczy ze sprzężeniem zwrotnym są przesunięte lub obrócone względem wzmacniaczy bez sprzężenia. Charakterystyki są niesymetryczne. Przesunięcie charakterystyki uzyskuje się również za pomocą dodatkowego uzwojenia magnesującego, zwanego uzwojeniem polaryzującym.

Literatura:

,,Napęd elektryczny” Zdzisław Grunwald

„ Automatyka napędu elektrycznego” Krzysztof Zawirski, Jan Deskur, Tadeusz Kaczmarek