de keuze voor de juiste elektromotorwat is specamotor • catalogus met meer dan 10.000...

© FMTC 2009

De keuze voor de juiste elektromotor

Door Edward [email protected]

1 feb 2011

Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com). Please register to remove this message.

mailto:[email protected]

http://www.novapdf.com

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



Wie ben ik

• Edward Hage – ZZP-er vanaf 2004

• 2001-2004 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



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)



Wat is specAmotor

• Catalogus met meer dan 10.000 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: http://www.specamotor.com (of .nl of .de)


http://www.specamotor.com


Keuze motor aan de hand van voorbeeld



Resultaten scherm



Werkpunt in motorkarakteristiek

Constante klemspanning,

Steilheid S

Temperatuur waarbij kar. gegeven is



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?

R

kkSRkS

2



Koppelconstante en weerstand

• R en k vaak foutief constant verondersteld (De naam koppel-constante zet je op het verkeerde been)

R[Ω]L

I [A]

α = 0.00393 K-1 voor koperdraad



Duty Cycle in de motorkarakterisitek

Conclusie:

Kleinere DC staat grotere stroom toe (maar voor kleinere tijd uiteraard)



Weerstand R, koppel-constante k en motor-temperatuur

U [V]

R[Ω] LI2R

Thermisch

Elektrisch

Mechanisch

Jrotor

TfricTelec

ITk elec

I [A]

Tfricω

T



Verschil borstelmotor en borstelloos – thermisch

magneten

huis

koper op rotor

Borstelmotor Borstelloze motor

magneet op rotor

huis

koper

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

warmte

warmte



Thermische modellen (borstel en borstelloos)



We bekijken 2 werkpunten: (T,ω,DC)=(0.1Nm,2300rpm,10%) en (0.1Nm,2300rpm,30%)

Tijd [sec]

Tem

p [o C

]

DC=30%

DC=10%

Cumulatief k en R geeft onstabiliteit DC=10% andere tijdschaal

59oC

5τ = 42.5 s



Ohmse weerstand in de tijd

Steady state 5.154 Ohm

Tijd [sec]

DC=30%

DC=10%



Koppelconstante k in de tijd

Steady state 0.0374 Nm/A

Tijd [sec]

DC=30%

DC=10%



Stroom in de tijd

Tijd [sec]

DC=30%

DC=10%



Voltage motor in de tijd

Tijd [sec] Voltage @ 0Nm, 2300rpm

Voltage HETE motor zakt door kleinere Steilheid

DC=30%DC=10%



Vermogen en rendement motor



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)



Gratis boek van specAmotor website

Bij registratie op de site gratis boek te downloaden (geschreven door prof. J. Compter)





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



Koppel modellen (multiphysics) om regelaar en efficiency te bepalen

U [V]

R[Ω] L

Elektrisch

Thermisch

Mechanisch



Nog vragen ??



Hoe is Duty Cycle gedefinieerd

Tload

Tfric, motor

DC %

100%

“idle”

KsWC

WKRs thtotalththermal ,

Setup-time << τthermal

Conclusie:

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.



Tijd-simulatie motor voor gegeven werkpunt

• Om tijdsimulatie te doen missen we Cth,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 200C, omgevingstemperatuur 220C (constant)• Eindeloos met profiel periode 1 seconde (0.1 s aan vs. 0.3 s), hier blijft machine op snelheid

PD

Stroom-bron

KsWC

WKRsREMINDER thtotalththermal ,:

ControllerPositie-

opnemer

-IntegratorSnelheids-profiel

+

Koppel-last

Constante omgevingstemperatuur



de keuze voor de juiste elektromotorwat is specamotor • catalogus met meer dan 10.000...

Documents