Übung: Aktorik und Antriebstechnik

Transkript

1 Identifizierungs- und Automatisierungstechnik Übung: Aktorik und Antriebstechnik Prof. Dr. Michael ten Hompel Sascha Feldhorst Lehrstuhl für Förder- und Lagerwesen TU Dortmund

2 Aktorik und Antriebstechnik Gliederung Aufgaben: 1. Bewegungs- und Antriebsarten 2. Elektrische Antriebe 3. Antriebsauswahl 4. Ansteuerung elektrischer Antriebe 2

3 Bewegungs- und Antriebsarten: Aufgabe 1.1 Bewegungsarten Welche Bewegungsarten wurden Ihnen im Rahmen der Vorlesung vorgestellt? Bildquelle : academic.ru 3

4 Bewegungs- und Antriebsarten: Lösung 1.1 Bewegungsarten Welche Bewegungsarten sind Ihnen im Rahmen der Vorlesung bekannt? 1. Translatorische Bewegung 2. Rotatorische Bewegung 4

5 Bewegungs- und Antriebsarten: Aufgabe 1.2 Antriebsarten Antriebe Konstruktive Einheiten Aufgabe: Momentübertragung von der Antriebs- zur Arbeitsmaschine Aktuelle Entwicklung: Hybridantriebe Kombination verschiedener Antriebsarten z.b. in PKW s In welche Antriebsarten lassen sich Antriebe klassifizieren? Bildquelle: (Fahrrad) 5

6 Bewegungs- und Antriebsarten: Lösung 1.2 Antriebsarten Handantriebe Hydraulische Antriebe Pneumatische Antriebe Verbrennungsmotorische Antriebe Elektromotorische Antriebe Druckzylinder und Kolben Druckzylinder und Kolben Ottomotor Gleichstrommotor Hydromotor Pneumatikmotor Dieselmotor Drehstrom Asynchronmotor Treibgasmotor Getriebemotor Dieselelektrisch Linearmotor Benzinhydraulisch Schrittmotor Servomotor 6

7 Elektrische Antriebe: Aufgabe 2.1 Aufbau Beschriften Sie die folgende Skizze eines Elektromotors! Bildquelle: leifiphysik 7

8 Elektrische Antriebe: Lösung 2.1 Aufbau Rotor (Anker) Stator (Magnet) Kommutator Bürsten Anschlussklemme Anschlussklemme Bildquelle: leifiphysik 8

9 Elektrische Antriebe: Aufgabe 2.2 Selbstbau-Elektromotor Wir bauen einen einfachen Elektromotor! Falls Sie auch einen Motor bauen wollen, bringen Sie zum nächsten Übungstermin Folgendes mit: 1 Batterie Typ C oder D (1,5V Mono) 1 Holzschraube (Länge > 40 mm) 1 oder 2 starke Rundmagneten (z.b. Whiteboard- Neodymmagnete) Hinweis: Bitte verwenden Sie Alkalibatterien und KEINE wiederaufladbaren Akkus! 9

10 Elektrische Antriebe: Lösung 2.2 Selbstbau-Elektromotor Homopolarmotor: Gleichstrommotor Erfinder: Michael Faraday Leicht nachzubauen Benötigte Materialen (Komponenten): Batterie Holzschraube 1-2 Rundmagneten, je nach Stärke Draht Verschiedene Varianten möglich Bildquelle 1: evilmadscientist.com Bildquelle 2: Wikipedia 10

11 Elektrische Antriebe: Aufgabe 2.3 Einfacher Kommutator Nachbau eines Gleichstrommotors mit einfachem Kommutator Komponenten: Stator (Permanentmagnet) Rotor (Schraubenspule) Anschlussklemmen Lagerung Isolierdraht Warum bleibt dieser Motor nicht nach einer Umdrehung stehen? 11

12 Elektrische Antriebe: Lösung 2.3 Einfacher Kommutator Trick: Kommutator wird realisiert durch eine einseitig abgeschliffene Leiterschleife aus Isolierdraht Bildquelle: Kommutatorprinzip Pulsar (Wikipedia.org) 12

13 Antriebsauswahl: Aufgabe 3 13

14 Antriebsauswahl: Aufgabe 3.1 Kennlinie Bestimmen Sie anhand des Diagramms welcher Motor am besten für das dargestellte Lastmoment geeignet ist. 14

15 Antriebsauswahl: Lösung 3.1 Kennlinie Rote Motorkennlinie Das Lastmoment erreicht annähernd das maximale Drehmoment des Motors Keine stabilen Arbeitspunkte P 2 und P 3 Grüne Motorkennlinie Last liegt bis P 1 über Motorkennlinie Motor läuft nicht an Blaue Motorkennlinie Beste Variante Stabiler Arbeitspunkt P 5

16 Antriebsauswahl: Aufgabe 3.2 Fallbeispiele Welche Antriebsart würden Sie für die im Video dargestellten Aufgaben einsetzen?

17 Antriebsauswahl: Lösung 3.2 Fallbeispiele Beispiel 1: Gurttransfer/Schwenkrollen Antrieb: Gleichstrommotor (24 V DC) Hub: Pneumatik Beispiel 2: Gurtförderer/Kettentransfer Gurt: Asynchronmotor (400 V AC) Kette: Asynchronmotor (400 V AC) Rollen: Rollenmotor (24 V DC) Beispiel 3: Fahrerloses Transportfahrzeug Fahrantrieb: Gleichstrommotor Hub: Hydraulik 17

18 Ansteuerung elektrischer Antriebe: Aufgabe 4 Typische Anforderungen an eine Antriebsansteuerung Hoher Wirkungsgrad der Energieumformung Umsetzung von Prozesssollwerten durch Kräfte, Momente, Drehzahlen und Wege Einhaltung von Toleranzbereichen der Prozessgrößen Schutz vor Überlastung Umgang mit Störeinflüssen Bildquelle: conrad.de 18

19 Ansteuerung elektrischer Antriebe Aufgabe 4.1 Ansteuerungen Erläutern Sie die drei verbreitetesten Methoden zur Ansteuerung von elektrischen Antrieben. 19

20 Ansteuerung elektrischer Antriebe Lösung 4.1 Ansteuerungen (1/3) 1. Relais (Schütze) Elektromagnetischer Schalter Arbeitskontakte im Laststromkreis werden durch Anlegen einer kleine Steuerspannung geöffnet oder geschlossen Schütze = Relais zum Schalten von größeren Leistungen Bildquelle: Stefan Riepl (Wikipedia) 20

21 Ansteuerung elektrischer Antriebe Lösung 4.1 Ansteuerungen (2/3) 2. Pulsweitenmodulation (PWM) Binäres Rechtecksignal Signalwert kann z.b. nur 0 V und 5 V annehmen Einschaltzeit kann geändert werden Einsatzbeispiele: Ansteuerung von Gleichstrommotoren (zusammen mit Leistungsstufe, H-Brücke) Dimmerschaltungen 21

22 Ansteuerung elektrischer Antriebe Lösung 4.1 Ansteuerung PWM-Beispiel Bildquelle: arduino.cc 22

23 Ansteuerung elektrischer Antriebe Lösung 4.1 Ansteuerungen (3/3) 3. Frequenzumrichter Stufenlose und präzise Drehzahlverstellung von Antrieben Erzeugt aus Wechsel- oder Drehstrom (1-phasig oder 3-phasig) mit fester Spannung und fester Frequenz eine variable Spannung mit variabler Frequenz I.d.R. verwendet in Kombination mit Drehstrommotoren Konstantes Drehmoment Leistungsbereich 0,25 kw bis 700 kw Ansteuerung i.d.r. über Feldbusse Bildquelle: Frei nach [Kie07, S.77] 23

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

25 Ansprechpartner Lehrstuhl für Förder- und Lagerwesen Emil-Figge-Straße Dortmund Telefon: Fax: Prof. Dr. Michael ten Hompel Dipl.-Inform. Sascha Feldhorst Telefon: Lehrstuhl für Förder-und Lagerwesen Technische Universität Dortmund Prof. Dr. Michael ten Hompel 25