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