De keuze voor de juiste elektromotor

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "De keuze voor de juiste elektromotor"

Matthias Martens
8 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 De keuze voor de juiste elektromotor Door Edward Hage 1 feb 2011 FMTC 2009

2 Inhoud presentatie Wie ben ik Wat doet Confirmat Wat is specamotor Keuze motor aan de hand van voorbeeld Motorkarakteristiek Invloed motortemperatuur op karakteristiek Duty cycle in de karakteristiek Elektrische, Mechanische en Thermische modellen Resultaten en tijdsimulatie

motortemperatuur op karakteristiek Duty cycle in de karakteristiek

3 Wie ben ik Edward Hage ZZP-er vanaf gewerkt bij ASML 1,5 jaar als researcher van mechatronische systemen bij FMTC te Leuven, België Multibody modeleren en multi-domain modeleren Koppeling FEM-modellen met rigid body (Modelica) modellen

FMTC te Leuven, België Multibody modeleren en multi-domain

4 Wat doet Confirmat Mechatronische productontwikkeling voor de high-tech industrie Modelbased design Rol als Architect Sterk in conceptuele ontwikkeling van mechanismen zoals robots Modeleren en simuleren van fysische systemen (mechanica, elektromechanische actuatoren) ter ondersteuning (conceptueel) ontwerp in Modelica Specificaties en technische budgetten opstellen op systeemniveau en van deelgebieden (mechanisch, software, elektrotechniek)

systemen (mechanica, elektromechanische actuatoren) ter ondersteuning (conceptueel) ontwerp in Modelica

5 Wat is specamotor Catalogus met meer dan motors/transmissies van 21 fabrikanten, gegevens verzameld en gevalideerd (quality index). Motoren met permanente magneten; te weten Borstel- gelijkstroommotoren Borstelloze motoren (trapezium-winding) Synchrone wisselstroommotoren (sinus-winding) Rekengereedschap om juiste motor te selecteren Te vinden op: (of.nl of.de)

Motoren met permanente magneten; te weten Borstel- gelijkstroommotoren Borstelloze motoren

6 Keuze motor aan de hand van voorbeeld

7 Resultaten scherm

8 Werkpunt in motorkarakteristiek Constante klemspanning, Steilheid S Temperatuur waarbij kar. gegeven is

9 Motortemperatuur invloed op de motorkarakteristiek Conclusie: Hogere temperatuur geeft kleinere Steilheid: Rechts van draaipunt zijn hogere koppels haalbaar (en ook een hogere topsnelheid), Links van draaipunt lagere koppels. Waarom? S 2 k R S k k R

draaipunt zijn hogere koppels haalbaar (en ook een hogere

10 Koppelconstante en weerstand R en k vaak foutief constant verondersteld (De naam koppelconstante zet je op het verkeerde been) R[Ω] I [A] L α = K -1 voor koperdraad

11 Duty Cycle in de motorkarakterisitek Conclusie: Kleinere DC staat grotere stroom toe (maar voor kleinere tijd uiteraard)

12 Weerstand R, koppel-constante k en motortemperatuur R[Ω] L I 2 R U [V] I [A] k T I elec Elektrisch T fric ω Thermisch T elec J rotor T fric T Mechanisch

13 Verschil borstelmotor en borstelloos thermisch Borstelmotor Borstelloze motor huis warmte koper huis magneten koper op rotor warmte magneet op rotor Bij borstelmotor energiestroom door magneten en daarom thermische weerstand (luchtspleet) tussen koper en magneten (huis). Bij borstelloze motor is rotor thermische capaciteit. De rotor warmt op tot kopertemperatuur (flow van rotor naar buiten laag), daarom: Borstelloze motor meer last van demagnetisatie

weerstand (luchtspleet) tussen koper en magneten (huis). Bij borstelloze motor is rotor thermische capaciteit.

14 Thermische modellen (borstel en borstelloos)

15 We bekijken 2 werkpunten: (T,ω,DC)=(0.1Nm,2300rpm,10%) en (0.1Nm,2300rpm,30%) Temp [ o C] Cumulatief k en R geeft onstabiliteit 59 o C DC=10% andere tijdschaal DC=30% DC=10% 5τ = 42.5 s Tijd [sec]

16 Ohmse weerstand in de tijd DC=30% DC=10% Steady state Ohm Tijd [sec]

17 Koppelconstante k in de tijd DC=10% Steady state Nm / A DC=30% Tijd [sec]

18 Stroom in de tijd DC=30% DC=10% Tijd [sec]

19 Voltage motor in de tijd Voltage HETE motor zakt door kleinere Steilheid DC=10% DC=30% Tijd [sec] 0Nm, 2300rpm

20 Vermogen en rendement motor

21 Conclusies specamotor Temperatuur-ontwikkeling is belangrijke ontwerpparameter bij motorkeuze Een kleine verhoging in belasting kan een veel grotere dissipatie en motortemperatuur veroorzaken. Kies daarom veilig. Slechte controller-keuze kan ook substantieel bijdragen in dissipatie (hogere harmonischen stroom). specamotor geeft advies over motorkeuze waarbij de motor nog voldoende koel blijft. Gedetailleerde datasheets zijn te downloaden. Alleen voor statische situaties (workaround voor versnellen)

22 Gratis boek van specamotor website Bij registratie op de site gratis boek te downloaden (geschreven door prof. J. Compter)

23 Beyond specamotor Controller-keuze en effecten van versnellen/vertragen (inertia meenemen) vereist modeleren stijfheden en massa s (1D-model vs 3D-model): de door specamotor gekozen motor kan daarbij als startpunt dienen Parametrische optimalisatie om transmissie te kiezen: Keuze mechanica bij motor i.p.v andersom, criteria: inertial match, of energetische optimalisatie, vereist modeleren massa s en wrijving (gedaan voor badmintonrobot) Datasheets van specamotor te gebruiken voor maken modellen

28 Koppel modellen (multiphysics) om regelaar en efficiency te bepalen Mechanisch Thermisch R[Ω] L U [V] Elektrisch

29 Nog vragen??

30 Hoe is Duty Cycle gedefinieerd T load idle T fric, motor DC % 100% Setup-time << τ thermal Conclusie: s thermal Rth, total K W C th sw K Let op dat wrijving van de motor tijdens idle -tijd 0 wordt verondersteld. Als je periodieke belasting hebt maar wel een constante snelheid dan heb je ook wrijving tijdens de idle periode en zal de stroom hoger zijn en de eindtemperatuur ook.

31 Tijd-simulatie motor voor gegeven werkpunt Stroombron Constante omgevingstemperatuur Koppel-last Positieopnemer Snelheidsprofiel Integrator + - PD Controller Om tijdsimulatie te doen missen we C th,total dus die stel ik 1 sw/k, dus τ=8.5 sec. Nu kunnen we ontwikkeling R, k en Power zien in de tijd We bekijken 2 werkpunten: (T,ω,DC)=(0.1Nm,2300rpm,10%) en (0.1Nm,2300rpm,30%) Start = motortemperatuur 20 0 C, omgevingstemperatuur 22 0 C (constant) Eindeloos met profiel periode 1 seconde (0.1 s aan vs. 0.3 s), hier blijft machine op snelheid s REMINDER : thermal Rth, total K W C th sw K

Vergelijkbare documenten

Analyse van de Futaba S3003 dc motor

Analyse van de Futaba S3003 dc motor Door Ali Kaichouhi In dit artikel wordt de RF-020-TH dc motor wat nader ondergezocht. Het eerste deel bevat informatie over de constructie en de werking van deze motor.