Spis treści - Wydawnictwo AGH

Spis treści
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
Rozdział 1. Maszyny robocze – charakterystyki mechaniczne . . . . . . . . .
15
Symbole i oznaczenia
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
.
.
.
.
.
.
15
18
19
21
21
22
Rozdział 2. Połączenie silnika z maszyną roboczą . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
2.1.
2.2.
2.3.
Mechanizmy podnoszenia i opuszczania
Wciągarki . . . . . . . . . . . . . . . . .
Transportery . . . . . . . . . . . . . . .
Zwijarki . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pompy i wentylatory odśrodkowe . . . .
Maszyny tłokowe . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Połączenie sztywne, sprężyste i z luzem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Przekładnia pasowa, zębata i korbowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Przekładnia magnetyczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
25
28
Rozdział 3. Równania ruchu układu napędowego . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
.
.
.
.
.
.
.
32
33
36
38
38
41
42
Rozdział 4. Moc i obciążalność silników elektrycznych . . . . . . . . . . . . . .
46
4.1.
4.2.
4.3.
Dynamika układu jednomasowego . . . . .
Moment bezwładności – masa wirująca . .
Stan równowagi układu napędowego . . . .
Dynamika układu dwumasowego . . . . . .
3.4.1. Połączenie sprężyste . . . . . . . . .
3.4.2. Luz sprzęgłowy lub przekładniowy .
3.4.3. Modelowanie układu dwumasowego
.
.
.
.
.
.
.
Czynniki ograniczające moc silnika . . . . . .
Czynniki ograniczające obciążenie silnika . .
4.2.1. Czynniki konstrukcyjno-mechaniczne
4.2.2. Czynniki elektromagnetyczne . . . . .
4.2.3. Czynniki termiczne . . . . . . . . . .
Obciążalność i dobór silnika . . . . . . . . . .
4.3.1. Warunki pracy ciągłej . . . . . . . . .
4.3.2. Warunki pracy dorywczej . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
46
48
48
49
50
53
54
55
4
Spis treści
4.3.3.
4.3.4.
Warunki pracy przerywanej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Warunki pracy powtarzalnej. Ograniczenie liczby załączeń . . . . . . .
56
57
Rozdział 5. Wytwarzanie momentu elektromagnetycznego . . . . . . . . . . .
58
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
.
.
.
.
.
.
59
60
61
62
65
70
Rozdział 6. Modele matematyczne napędów elektrycznych . . . . . . . . . . .
73
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
6.5.
6.6.
6.7.
6.8.
Zależności ogólne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Równanie momentów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Moment elektromagnetyczny silnika prądu stałego . . . . . . .
Moment elektromagnetyczny silnika BLDC . . . . . . . . . . .
Moment elektromagnetyczny silnika indukcyjnego klatkowego .
Moment elektromagnetyczny silnika synchronicznego . . . . . .
Transformacje układu współrzędnych w maszynie trójfazowej
6.1.1. Transformacja Clarke’a . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.2. Transformacja Parka . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Napęd z silnikiem obcowzbudnym . . . . . . . . . . . . . . .
Napęd z silnikiem szeregowym . . . . . . . . . . . . . . . . .
Napęd z silnikiem BLDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Napęd z silnikiem indukcyjnym klatkowym . . . . . . . . . .
6.5.1. Metoda RFOC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.2. Metoda NFO, SFOC, DTC-SVM . . . . . . . . . . . .
Napęd z synchronicznym silnikiem bezszczotkowym – PMSM
Napęd z silnikiem synchronicznym . . . . . . . . . . . . . . .
Schematy zastępcze silników elektrycznych . . . . . . . . . .
6.8.1. Silnik obcowzbudny . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.8.2. Silnik indukcyjny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.8.3. PMSM z magnesami powierzchniowymi . . . . . . . .
6.8.4. PMSM z magnesami zagłębionymi . . . . . . . . . . .
6.8.5. Silnik synchroniczny z wirnikiem cylindrycznym . . .
6.8.6. Silnik synchroniczny z wirnikiem jawnobiegunowym .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
74
74
77
78
83
85
91
94
98
106
110
116
116
116
121
123
125
126
Rozdział 7. Układy zasilania silników . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
7.6.
Tyrystorowy mostek jednofazowy . . . . . . . . . . . . . . . .
Tyrystorowy przekształtnik trójfazowy . . . . . . . . . . . . .
Przemienniki częstotliwości pośrednie . . . . . . . . . . . . .
7.3.1. Przemiennik częstotliwości z falownikiem prądu . . .
7.3.2. Przemiennik częstotliwości z falownikiem napięcia . .
7.3.3. Falownik napięcia z wymuszonym prądem . . . . . .
Przemienniki częstotliwości bezpośrednie – cyklokonwertory
Układ łagodnego rozruchu – softstart . . . . . . . . . . . . .
Sterowanie z modulacją wektora przestrzennego (SVM) . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
129
132
140
141
143
144
145
146
147
Rozdział 8. Układy pomiarowe w napędzie elektrycznym . . . . . . . . . . . . 151
8.1.
Kodowanie liczb w układach kontrolno-pomiarowych . . . . . . . . . . . . . . . 151
5
Spis treści
8.2.
8.3.
8.4.
8.5.
8.6.
Enkoder inkrementalny . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Czujniki Halla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.1. Komutacja w silnikach BLDC z wykorzystaniem
Resolver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hallotronowy przekładnik prądowy . . . . . . . . . . . .
Hallotronowy przekładnik napięciowy . . . . . . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
czujników
. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . .
. . . .
Halla
. . . .
. . . .
. . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
151
157
159
162
163
168
Rozdział 9. Otwarte układy sterowania dla napędów elektrycznych . . . . . 170
9.1.
9.2.
9.3.
Silnik
9.1.1.
9.1.2.
Silnik
9.2.1.
9.2.2.
9.2.3.
9.2.4.
9.2.5.
9.2.6.
Silnik
9.3.1.
9.3.2.
9.3.3.
9.3.4.
obcowzbudny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Regulacja napięcia zasilania twornika . . . . . . . . . .
Regulacja napięcia wzbudzenia – osłabienie pola . . . .
indukcyjny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Podstawowe zależności . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Regulacja przez zmianę poślizgu S . . . . . . . . . . . .
Regulacja przez zmianę liczby par biegunów . . . . . .
Regulacja przez zmianę częstotliwości . . . . . . . . . .
Regulacja przez zmianę rezystancji w obwodzie wirnika
Kaskada asynchroniczna . . . . . . . . . . . . . . . . . .
synchroniczny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Moment elektromagnetyczny . . . . . . . . . . . . . . .
Charakterystyki statyczne . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sterowanie przez zmianę częstotliwości . . . . . . . . .
Silnik przekształtnikowy . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
170
172
173
174
174
177
178
179
182
184
191
192
194
198
199
Rozdział 10. Wielostrefowa regulacja prędkości kątowej . . . . . . . . . . . . . 203
10.1.
10.2.
10.3.
10.4.
Zasady ogólne . . . .
Silnik obcowzbudny
Silnik indukcyjny . .
Silnik PMSM . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
204
206
207
210
Rozdział 11. Regulacja kaskadowa napędami elektrycznymi . . . . . . . . . . 213
11.1. Kaskadowa struktura regulacji . . . . . . . . . . . . .
11.2. Przekształtnikowy napęd prądu stałego . . . . . . . .
11.2.1. Napęd nienawrotny . . . . . . . . . . . . . . .
11.2.2. Napęd nawrotny . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.2.3. Dobór elementów napędu . . . . . . . . . . . .
11.2.4. Dobór regulatorów dla napędu . . . . . . . . .
11.3. Bezpośrednie sterowanie momentem – DTC . . . . . .
11.3.1. Zasada sterowania . . . . . . . . . . . . . . . .
11.3.2. Sterowanie falownikiem napięcia . . . . . . . .
11.3.3. Struktura układu regulacji . . . . . . . . . . .
11.3.4. Optymalizacja parametryczna układu regulacji
11.4. Sterowanie DTC-SVM silnikiem indukcyjnym . . . . .
11.5. Sterowanie RFOC silnikiem indukcyjnym . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
213
215
215
216
220
221
234
234
236
237
242
248
253
6
Spis treści
11.6. Napęd z silnikiem BLDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
11.7. Sterowanie RFOC silnikiem PMSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Rozdział 12. Wybór ekonomicznie najlepszego rozwiązania technicznego . . 265
12.1. Rachunek ekonomicznej efektywności inwestycji . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
12.2. Zastosowanie wskaźnika FEP do maksymalizacji zysku . . . . . . . . . . . . . . 270
12.3. Dobór silnika synchronicznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Dodatek A. Algebra wektorów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
Dodatek B. Transformaty Laplace’a i Z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
B.1. Przekształcenie Laplace’a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
B.2. Przekształcenie Z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Dodatek C. Liniowe układy automatycznej regulacji . . . . . . . . . . . . . . . 277
C.1. Dobór
C.1.1.
C.1.2.
C.1.3.
parametrów regulatorów
Kryterium modułowe .
Kryteria całkowe . . . .
Kryterium symetryczne
o
.
.
.
działaniu ciągłym
. . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
281
281
286
289
Dodatek D. Szacowanie parametrów silników . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
D.1. Silnik obcowzbudny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
D.2. Silnik indukcyjny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
Skorowidz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299