Projekt ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů.

Electric drives

Lecture 1 – Introduction, classification, loadcharacteristic

Ing. Jiří Kubín, Ph. D., Ing. Martin Diblík, Ph. D.

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

2

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Course focus

• Obtain theoretical and practical know-ledges about basic parts of electric drives, their function and arrangement and typicalcharacteristics.

Introduction, classification, load characteristics

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

3

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Course lectures schedule1. Electric drive – definition, basic classification, mechanics of

el. drive, load characteristics of working machines, types ofmotion equations.

2. Mechanical characteristics of electric motors and workingmachines, operating modes, electromechanical transientprocess, run-up and follow-down time, working diagrams ofkinematics values

3. Sizing of electric drive, load types, methods of equivalentparameters, derating of drive due to working enviroment.

4. Basic principles and properties of el. machines, magneticcircuit, electromagnetic induction, force and torque in mg. field.

5. DC motor, principle, construction, commutation, armaturereaction, motor with separate, serial and parallel excitation

6. DC motor, speed control, braking, reversal, mathematicalmodel of DC motor with separate excitation

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

4

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Course lectures schedule7. Induction motor, principle, construction, voltage equations

and equvivalent circuit, energy balance and motor torque.8. Induction motor, operation states, startingm braking, speed

control. Math model, frame transformation.9. Induction motor, Math model, frame transformation.10. Synchronous motor, principle, construction, machine

torque, math. model.11. Synchronous motor with permanent magnets in rotor,

construction, properties, mathematical model.12. Electrically commutated DC motors, construction,

principles of control13. Special machines: Stepper motors (construction,

application, control methods), Reluctance motors andSwitching RM (principle, origin of reluctance torque)

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

5

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Course lectures schedule

14. Controlled rectifier, frequencyconverter, influence on supplymains and motor

15. Electric drive control unit. Blockdiagram, inputs/outputs,communication, safety functions

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

6

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

DefinitionMains

Switchingdevice

Converter

Motor

Mechanicaltransducer

Loadmechanism

Control

Indication

Operator

Superior control

Electric drive

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

7

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Advantages

• Wide power scale (10-3…108 W)• Wide torque/speed scale (10-3…106 Nm,

100…105 rpm)• No exhaust• Low acoustic noise• Easy to control and regulate• High efficiency• 4Q-operation• Easy operation and servicing

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

8

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Disadvantages

• Needs immediate power supply frommains.

• Low power/weight ratio (in comparison to hydraulic drives)

⇒ Wide use (everywhere)

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

9

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Sorting

• Rotational × Linear• Speed

– Single speed, double-speed– Step change, continuous change

• Motion continuous × discrete• Controllability (1Q, 2Q, 4Q)• DC, AC…

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

10

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Mechanics of electric drive

• Standstill (ω = 0)• Run-up• Run• Stopping (coasting × braking)• (reversation)

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

11

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Mechanics of electric drive• d’Alembert principle• Motion equation

Driving and load torques

Dynamic torque

Drive torque Load torque

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

12

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Mechanics of electric drive

• If J = const. then

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

13

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Drive torque

• Torque ch. M = f(ω)• Inverse torque ch. ω = f(M)

ω

M

synchronous

derivative

serial

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

14

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Load torque

• Active × passiveω

Mpassive

active

Active – mass lifting.Motoric

Motoric

Braking

Braking

I.QII.Q

III.Q IV.Q

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

15

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Passive load torque

• For description of common characteristicswe use equation:

∑=

+=n

1i

kiiL ω*b*sgnωaM

where a, bi, ki, n are constants

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

16

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Pz

Passive load torque

ω

M, P

Mz

Typical for planers and similar machine tools, cranetravels and continual mill lines

• Constant torque a=0, ki=0, bi = b0

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

17

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Passive load torque• Linear torque a=0, ki=1

ω

M, P

MzPz

It is typical for mechanims with viscous friction(rolling machines, calenders and most of textile machine

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

18

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Passive load torque• Quadratic torque a = 0, ki = 2

ω

M, P

Mz

Pz

Fans, compressors, blowers

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

19

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Passive load torque• Hyperbolic torque a=0, ki=-1

ω

M, P

Mz

Pz

Winders

Load torque

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

20

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Dynamic torque• Resistance of rotating solid against its

angular velocity change.

• J … moment of inertia [kg.m2]• Definition from mechanics

(solids‘element is accelerated by tangencial force):

Dynamic torque

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

21

Focus

LecturesSchedule

Definition

Advantages

Disadvantages

Sorting

Mechanics

Drive torque

Load torque

Dynamic torque

Introduction, classification, load characteristics

Dynamic torque• After integration:

All elements have same angular velocity.

• Inertia must be known for proper drive sizing• Calculation, measurement, documentation.

Dynamic torque

Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů

Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

Thank you for yours attention

Introduction, classification, load characteristicsVložte název práce .. editujte v menu - záhlaví