Servomotorji

Opis predmeta

Matematična orodja za opisovanje servomotorjev in elektromehanskih sklopov. Osnove delovanja električnih motorjev. Elektromehanske analogije, električni in mehanski parametri nekaterih pogosto uporabljenih vrst servomotorjev.  Enosmerni servomotorji, krmiljeni z rotorskim tokom, izvedbe, izračun izgub in določanje prenosnih funkcij. Enosmerni motorji, upravljani s statorskim fluksom, osnovne lastnosti in prenosne funkcije. Segrevanje servomotorjev, toplotne prenosne funkcije in temperaturna odvisnost parametrov. Vpliv napajanja na odziv servomotorja. Resonančni pojavi elektromehanskih sklopov. Enosmerni motorji brez ščetk. Asinhronski izmenični servomotorji: princip delovanja in glavne lastnosti. . Koračni motorji s permanentnimi magneti, reluktančni motorji, hibridni koračni motorji. Statični moment in statična napaka položaja, maksimalni moment v odvisnosti od hitrosti. Napajalni viri in krmiljenje enosmernih, izmeničnih in koračnih motorjev. Fizikalne osnove hidravličnega pretoka tekočine pod tlakom. Hidravlični servomotorji, krilni, aksialno batni in radialno batni. Elektrohidravlični servokrmilniki, kombinacije in statične karakteristike sklopov krmilnik-motor. Analiza dinamičnih lastnosti. Prenosne funkcije hidravličnih in elektrohidravličnih sklopov. Nelinearnosti hidravličnih sklopov, Coulombovo trenje, linearizacija karakteristik.

Cilji in kompetence

Spoznati fizikalno ozadje delovanja, ter izvedbe in obratovalne lastnosti različnih vrst električnih in hidravličnih servomotorjev. Pridobiti znanje za matematično modeliranje in določanje prenosnih funkcij servomotorjev ter za uporabo posameznih vrst servomotorjev glede na zahteve.

Metode poučevanja in učenja

Uporabljene bodo naslednje oblike poučevanja in študija: predavanja in laboratorijske vaje.

Predavanja: formalno podajanje ključnih elementov snovi; teoretična matematično podprta razlaga dopolnjena s slikovnim in filmskim gradivom ter računalniškimi simulacijami. Reševanje praktičnih računskih nalog iz analize delovanja servomotorjev kot priprava na izvedbo praktičnega dela.

Laboratorijske vaje: praktični del je sestavljen iz nalog (izvajajo se v parih študentov), ki se navezujejo na obravnavano snov na predavanjih, lahko pa delno tudi iz projektne naloge ki ni nujno vezana na predavanja. Praktično delo vključuje merjenje in določevanje statičnih in dinamičnih lastnosti motorjev ter preizkušanje delovanja elektromehanskih sklopov. Laboratorijske vaje zahtevajo od študentov samostojno predpripravo doma. Pri vseh praktičnih nalogah študenti izdelajo poročilo.

Predvideni študijski rezultati

Po uspešno opravljenem predmetu na bi bili študenti zmožni:

– Opisati fizikalno ozadje delovanja različnih izbranih vrst motorjev (actuators) in zveze med vhodnimi električnimi ali hidravličnimi veličinami na eni in izhodnimi mehanskimi veličinami na drugi strani.

– Razložiti vpliv različnih parametrov na delovanje motorjev.

– Uporabiti prenosne funkcije za matematični opis zveze med krmilno in krmiljeno veličino pri motorju v odprti ali zaprti zanki.

– Uporabljati merilno inštrumentacijo na pravilen in varen način.

– Uporabiti izbrani motor kot aktuator v reguliranem servosistemu.

– Aplicirati matematično modeliranje elektromehanskih in elektrohidravličnih sistemov za opis delovanja teh sistemov

Reference nosilca

1. KRAMAR, Peter, JARM, Tomaž. Servomotorji : zbirka rešenih nalog. izd. Ljubljana: Založba FE in FRI, 2014.
2. JARM, Tomaž. Elektronika : priročnik za laboratorijske vaje. 3. popravljena in dopolnjena izd. Ljubljana: Založba FE in FRI, 2010.
3. Mali B, Žulj S, Magjarević R, Miklavčič D, Jarm T. Matlab-based tool for ECG and HRV analysis. Biomed. Signal Process. Control 10: 108-116, 2014.
4. MIKLAVČIČ, Damijan, SERŠA, Gregor, BRECELJ, Erik, GEHL, Julie, SODEN, Declan M., BIANCHI, Guiseppe, RUGGIERI, Pietro, ROSSI, Carlo Riccardo, CAMPANA, Luca G., JARM, Tomaž. Electrochemotherapy : technological advancements for efficient electroporation-based treatment of internal tumors. Medical & biological engineering & computing, 2012, vol. 50, no. 12, str. 1213-1225.
5. KRANJC, Matej, ŽUPANIČ, Anže, MIKLAVČIČ, Damijan, JARM, Tomaž. Numerical analysis and thermographic investigation of induction heating. Int. j. heat mass transfer. 2010, vol. 53, no. 17/18, str. 3585-3591.

Temeljni viri in literatura

1. P. Kramar, T. Jarm. Servomotorji : zbirka rešenih nalog. izd. Ljubljana: Založba FE in FRI, 2014.
2. Hughes, Electric motors and drives, 4th ed., Newnes/Elsevier, 2013.
3. R. Firoozian, Servo Motors and Industrial Control Theory. Springer, 2008
4. N.D. Manring, Hydraulic control systems, Wiley, 2005.
5. S. Reberšek, Servomotorji, Fakulteta za elektrotehniko, 2011 (interno gradivo).
6. S. Reberšek, Hidravlična krmilja in servosistemi, Založba FER, Ljubljana, 1995