• Nem Talált Eredményt

Elektromágneses motorok típusai

In document Digitális szervo hajtások (Pldal 26-30)

A legnagyobb választék az elektromágneses, forgómozgású, radiális fluxusú motorok körében található. A későbbiekben ezeket részletesen is bemutatjuk. Itt most egy áttekintő képet szeretnénk adni a legfontosabb motornevek táblázatba foglalásával (ld. 2-7. ábra).

2.7. ábra - Leggyakrabban előforduló motor elnevezések

Az egyenáramú és a váltakozó áramú motorok alkotják a két legáltalánosabb motortípust. Az előbbieknek a forgórészét egyenfeszültséggel, az utóbbiaknak az állórészét szinuszos feszültséggel tápláljuk. A szinuszos feszültség lehet egyfázisú, de szabályozott váltakozó áramú hajtásokban szinte kizárólag háromfázisú motorokat találunk. A motorok besorolása szempontjából fontos tulajdonság, hogy az egyenáramú motorokban a légrés mező trapéz alakú, a váltakozó áramú motorokban szinuszos.

Az egyenáramú motorokat a gerjesztésük módja alapján lehet további csoportokba sorolni. A soros gerjesztésű motor esetén a forgórész és a mezőt létrehozó gerjesztő tekercs sorba van kapcsolva, a párhuzamos gerjesztésűnél párhuzamosan. A gerjesztő tekercs táplálása lehet teljesen független forgórész tekercs táplálásától (ezt nevezzük külső gerjesztésű egyenáramú motornak), illetve a gerjesztő tekercset helyettesítheti egy permanens mágnes is. Külön meg kell említeni a vasmagnélküli motorokat (ezeknek egyaránt van radiális és axiális típusa). Végül, léteznek olyan egyenáramú motorok is, amelyeknek két gerjesztőtekercse is van és az egyik sorosan, a másik párhuzamosan van kapcsolva, ezeket nevezik vegyes gerjesztésű vagy kompound motoroknak. Külön meg kell említeni az ún. vasmagnélküli motorokat, ahol ez a kifejezés csak a forgórészre értendő, a hosszabb, de pontosabb elnevezés: vasmagmentes forgórészű motorok. A forgórész csak egy epoxy alapú ragasztóval tartják egyben, ezért a forgórészen nem keletkeznek örvényáramok, ez előnyös a hatásfok szempontjából. Az egyik legnagyobb előnyük a gyorsaság, amely annak köszönhető, hogy a forgórész tekercsnek kicsi a tehetetlenségi nyomatéka. A motor mechanikai időállandója akár a milliszekundumos nagyságrendbe is eshet, de jellemzően csak a 100W alatti teljesítmény kategóriában találunk ilyen motorokat.

Konstrukciós szempontból fontos megjegyezni, hogy a vasmag nélküli motorok készülhetnek mind radiáli és axiális fluxusú kivitelben, az előbbi esetben forgórész hengeres alakú az állórész körül.

A klasszikus váltakozó áramú motorok egyik legfontosabb jellemzője, hogy a légrésükben szinuszos térbeli eloszlású mágneses tér alakul ki, amely az időben is szinuszosan változik az állórészre kapcsolt időben szinuszos feszültség miatt. Ha egy tekercset táplálunk, akkor lüktető mágneses mező alakul ki. Fontos tulajdonság a fázisszám. Ha azt akarjuk, hogy a mágneses mezőnek legyen forgó komponense, akkor legalább két fázisra van szükség, amely a kerület mentén térben eltolt tekercset időben (fázisban) eltolt feszültséggel táplál. Több szempontból az optimumot a három fázis jelenti. A nem ipari fogyasztók (pl. lakások, irodák) egyfázisú táplálást kapnak, ezért szükség van egyfázisú váltakozó áramú motorokra is (pl. régebbi típusú mosógépekben, porszívókban, kézi szerszámokban), bár ezek jelentősége fokozatosan csökken, mert a legtöbb motort elektronikusan táplálunk (a korszerű háztartási gépben is), és az elektronika segítségével elő tudunk állítani tetszőleges számú fázist.

A háromfázisú motorok esetén a térben és időben eltolt táplálás miatt egy forgó mágneses tér alakul ki, és attól függően, hogy a forgórész együtt forog-e a mágneses térrel, vagy attól motoros üzemmódban lemarad-e beszélhetünk szinkron és aszinkron motorokról. A klasszikus (háromfázisú szinuszos feszültséggel táplált) szinkron motoroknál szükség van egy aszinkron üzemmódra, amely segítségével fel tudjuk pörgetni a motort a szinkronfordulatszámra. Az aszinkron motorok másik gyakori elnevezése az indukciós motor. Az aszinkron motorok forgórésze tartalmazhat tényleges tekercset, amelynek kivezetései csúszógyűrűkben végződik. Ezeket a motorokat ezért csúszógyűrűs motoroknak nevezik. A forgórész tekercs szerepét betöltheti egy rövidrezárt kalicka, ezeket a motorokat nevezik rövidrezárt forgórészű vagy kalickás motoroknak. A forgó mágneses mező és a forgórész szinkron forgását azzal érhetjük el, hogy a forgórészre egy elektro- vagy permanens mágnest helyezünk. A szinkron motorok további fajtája a hiszterézises és reluktancia motor. Főleg kézi szerszámgépekben találhatunk ún. univerzális motorokat, amelyek egyaránt működtethetők egyenárammal és váltakozó árammal. A soros gerjesztésű kommutátoros motor elvileg működtethető váltakozó árammal is, az univerzális motorok abban különböznek azoktól, hogy az állórészt lemezelt kivitelben készítik a vasveszteség csökkentése érdekében.

E jegyzetben nem kívánunk részletesen foglalkozni az egyfázisú motorokkal (szervohajásokban jellemzően nem alkalmazzák azokat). Hogy a motorok osztályozása teljes legyen a 2-8. ábraán összefoglaltuk a legfontosabb egyfázisú motorokat. Egyfázisú tekercseléssel nem lehet forgó mágneses mezőt létrehozni, csak lüktetőt. A lüktető mezőbe helyezett rövidrezárt álló (nem forgó) menetben nem ébred nyomaték, vagyis a tisztán egyfázisú motornak nincs indítónyomatéka. Ezzel szemben, ha már forog a menet a lüktető mezőben, akkor kialakul a nyomaték (ld. (2.10)). Az egyfázisú motornak az indítása kritikus. Ehhez használhatunk részben árnyékolt pólust, illetve segédfázist, vagyis egy térben eltolt tekercset, melyet egy kondenzátoron keresztül táplálunk azért, hogy a kondenzátor gondoskodjon a fázis(időbeni) eltolásról a. Az indító kondenzátor csak az indítás közben van bekapcsolva és kikapcsoljuk, ha a motor már felpörgött, az üzemi kondenzátor mindvégig bekapcsolva marad, valamint használhatunk együttesen indító és üzemi kondenzátort. Az univerzális motor is az egyfázisú motorok közé sorolható.

2.8. ábra - Egyfázisú aszinkron motorok

A szabályozott hajtások nélkülözhetetlen eleme a motort tápláló elektronika, de a klasszikus egyenáramú és a váltakozó áramú motorok elektronika nélkül is működőképesek. Ugyanakkor vannak oly motorok, amelyek elektronika nélkül üzemszerűen egyáltalán nem tudnak működni. Leginkább szinkron üzeműeknek tekinthetők (ezt nyilakkal érzékeltetjük a 2-7. ábran), de ezekből a motorokból hiányzik a klasszikus szinkron motorokra jellemző aszinkron üzemmód, helyette az elektronika segítségével a forgórész forgásához igazodva a szinkron fordulatszám folyamatos változtatásával gyorsíthatók, lassíthatók. Ebből az is következik, hogy az aszinkron tekercsek helyett a forgórészt pozícióérzékelővel kell ellátni. Napjainkban divatosak az ún. érzékelő nélküli

hajtások, ahol a forgórész orientációjára, illetve szögsebességére matematikai számításokból következtetünk. Az elektronikus működtetésű motoroknak a klasszikus (egyen és váltakozó áramú) besorolása több esetben nem egyértelmű, ezért meghagytuk külön típusként. Ide tartoznak a léptető motorok és a kapcsolt reluktancia motorok, valamint külön kiemelve a kefenélküli motorok, amelyeket a légrés mezőben kialakuló mágneses tér alakja szerint lehet megkülönböztetni. Ha a légrés mező a klasszikus egyenáramú motorokhoz hasonlóan trapéz alakú, akkor kefenélküli egyenáramú (angol nyelven BLDC, brushless DC) motor a szokásos elnevezés. Ha a légrés mező a klasszikus váltakozó áramú motorokhoz hasonlóan szinuszos alakú, akkor kefenélküli váltakozó áramú (angol nyelven BLAC, brushless AC) motor a szokásos elnevezés. Ugyancsak elterjedt elnevezés a PMSM ez az állandó mágneses szinkron motor rövidítése. Ez így önmagában nem utal arra, hogy elektronikus működtetésű motor lenne, de általában csak azokat szokták érteni alatta. A kefe nélküli motorokat ugyancsak szokás elektronikusan kommutált (EC, Electronically Commutated) motoroknak is nevezni.

A 2-7. ábra vertikális struktúrájú, de néhány horizontális összefüggés is kiemelhető. Több motortípusnál a nyomatékképzésben fontos szerepe van annak, hogy a forgórészen található tekercs nélküli (gerjesztetlen) kiálló pólus (a nyomaték tovább növelhető, ha a pólust még gerjesztjük). Ezeket a motorokat reluktancia (mágneses ellenállás) motoroknak nevezzük. Az elnevezés arra utal, hogy a légrés mágneses ellenállása nem állandó. A reluktancia motorokat a 2-9. ábra foglalja össze. A reluktancia motorokat alapvetően szinkron motornak kell tekinteni. A reluktancia szinkron motorokat elektronika nélkül, háromfázisú szinuszos feszültséggel tápláljuk, és a forgórészen vannak olyan menetek, amelyek aszinkron üzemmódban gondoskodnak a motor felpörgetéséről.

A kapcsolt reluktancia motor esetén a rotor aktuális pozíciója határozza meg az állórész tekercs kapcsolásait.

Ebből következik, hogy valamilyen módón értesülnünk kell a rotor aktuális pozíciójáról. Konstrukció szempontjából a kapcsolt reluktancia motorokat tekinthetjük a legegyszerűbbeknek, a forgó részen nem található semmilyen tekercs. A reluktancia léptető motorok esetén az állórész tekercs gerjesztésének megfelelően áll be egy meghatározott pozícióba a forgórész.

2.9. ábra - Reluktancia motorok

A permanens mágnes is több motor esetén alapvető alkotóelem (ld. 210. ábra)

2.10. ábra - Permanens mágneses motorok

A 2-7. ábraához képest új elnevezés a léptető motor egy alcsoportja, amelynek a forgórészén permanens mágnes található, valamint a hibrid motorok. Itt a hibrid szó a permanens mágneses és nem permanens mágneses forgórész kombinálását jelenti. Ennek a villamos autókban van fokozott jelentősége, ahol a nagysebességek eléréséhez szükség van az ún. fluxus csökkentéses tartományra. A fluxus csökkentés analógiába hozható az autók nagyobb sebesség fokozatával, ahol a fordulatszám nő, de nyomaték csökken. Kis teljesítményű (10 W körüli) motorokban már nagyon régen alkalmaznak permanens mágnest, de a több kW-os kefenélküli motorok megjelenéséhez szükség volt a ritkaföldfém mágnesek elterjedésére.

In document Digitális szervo hajtások (Pldal 26-30)