Eyleyiciler - Dr. Kadir Çavdar

Transkript

Eyleyiciler - actuators
ĐNFORMASYON ĐŞLEME
EYLEYĐCĐ
ALGILAYICI
SÜREÇ
Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi
1
MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ
Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR
2
3
1
Mekatronik ürünler, hareket için ihtiyaç duydukları gücü genelde
elektriksel, hidrolik ve pnömatik eyleyicilerden alırlar.
Örneğin robotlarda kullanılan eyleyiciler endüstriyel eyleyicilerin geliştirilmiş
halleridir, robot eyleyicileri küçük boyutlarla büyük güç sağlayabilirler.
Eyleyici
elektriksel kumanda
mekanik hareket
(çıkış enerjisi-gücü)
yardımcı enerji
4
+
-
Pnömatik Eyleyiciler
Hidrolik Eyleyiciler
- Ucuz
- Hızlı
- Temiz
- Laboratuar çalışmalarında kullanılabilir
- Endüstride sık kullanılan bir enerji türü
gerektirirler
- Büyük kaldırma kapasitesi
- Hafif olmasına rağmen güçlü
- Yağ sıkışmadığından bağlantılar sabit bir halde tutulabilir
- Çok iyi servo kontrol yapılabilir
- Kendini soğutabilir
- Çabuk tepki verebilir
- Alev alabilir ortamlarda güvenlidir
- Düşük hızlarda yumuşak hareket edebilir
- Havanın sıkışabilir olması kontrolü ve hassasiyeti azaltır
- Egzoz gürültü kirliliği yaratır
- Hava sızıntısı meydana gelebilir
- Ekstra kurulama ve filtreleme gerekebilir
- Hız kontrolü zordur
- Pahalıdırlar
- Yüksek hızlarda dairesel hareket için uygun değildirler
- Boyutlarını küçültmek zordur
- Ayrı bir güç kaynağına ihtiyaç duyar, bu da yer kaplar
Elektriksel Eyleyiciler (DC motorlar, step motorları)
Avantajları:
- Hızlı ve hassastırlar
- Harekete karmaşık kontrol teknikleri uygulanabilir
- Maliyetleri düşüktür
- Yeni modeller çok kısa zamanda üretilebilir
Dezavantajları:
- Düşük moment ve yüksek hızda çalışır. Bu nedenle hareketi değiştirecek aktarma organlarına ve dişlilere ihtiyaç vardır.
- Dişlilerdeki boşluk hassasiyeti sınırlar
- Elektrik atlamaları yanıcı ortamlarda tehlikeli olabilir
- Hareketin engellenmesi durumunda hararet yapar
- Pozisyonu sabitlemek için fren gerekir
- Robot üreticilerinin bir çoğu elektrik motorlarını tercih ederler.
5
Eyleyiciler - actuators
Görevi
Güçleri çok düşük değerlerde olan -genellikle analog- sinyalleri
(mesela 0..10 V arasında gerilimler, 0…20 mA arasında akımlar)
uygulamada çok yüksek güç değerlerine dönüştürmek.
Temel Yapısı
Yardımcı Enerji
Ue
Ayar
Büyüklüğü
Ayar
En.
U1
U3
Ayar
enerjisi
U2
Sinyal
dönüştürücü
Kaynak
YE
Tahrik
Aktarıcı
(Aktif dönüştürücü)
Süreç, malzeme veya
Enerji akışı
Eyleyici
U4 Süreç
Giriş
akımı
Aktif eleman
6
2
Elektro-Mekanik Eyleyici
Elektro-Mekanik Eyleyiciler kendi başlarına bir mekatronik sistemdir.
ĐNFORMASYON AKIŞI
Elektronik
Kontrol Elemanı
Tahrik Elemanı
ALGILAYICI
ENERJĐ AKIŞI
(Mekanik)
Konumlandırma Organı
Yardımcı Enerji
Enerji
Kaynağı
Süreç Enerjisi
7
Mekanik Çıkış büyüklüklerinin elde edilmesi için Kuvvetler ve Yardımcı Enerjiler
Enerji Türleri
ELEKTRĐK ENERJĐSĐ
Pnömatik
Hidrolik
Alan
kuvvetleri
Elektroliz
basıncı
EYLEYĐCĐ
Atom-Molek.
kuvvetleri
Patlama
basıncı
Isıl Genleşme
Hafıza Etkisi
KĐMYASAL ENERJĐ
AKIŞKAN ENERJĐSĐ
TERMĐK ENERJĐ
Kuvvet Üretme Prensibi
8
Taşıtlarda Kullanılan Eyleyicilerin Özellikleri
Potansiyel
Ort.
Çıkış
Gücü
12-24 V
14-26 V
<100
<500
40-130
Orta
Đyi
Hidrolik
Motor Yağ B.
Hidrolik Sist.
1-5 bar
30-200 bar
<100
>1000
1000-2500
Đyi
Orta
Pnömatik
Düşük Bas.
Yüksek Bas.
0,1-0,8 bar
6-8 bar
<100
>1000
5-25
200-400
Đyi
Orta
Yardımcı
Enerji
Elektrik
Akü
Jeneratör
Kütle
Lineer
başına güç harekete
W/kg
dönüşüm
Dönme
hareketine
dönüşüm
9
3
Farklı Eyleyici Prensiplerinin Sınıflandırılması
Elektro-Mekanik
Eyleyiciler
Elektrik Motoru (AC/DC)
Adım Motoru
Elektro Mıknatıs
Lineer Motor
Akışkan Enerjili
Eyleyiciler
Hidrolik eyleyici
Pnömatik eyleyici
Konvansiyonel
olmayan Eyleyiciler
Piezo-elektrik Ey.
Magnetostrik Ey.
Elektro-Kimyasal Ey.
Termobimetal Ey.
Akıllı Metalden Ey.
10
Eyleyicilerin Farklı Dönüştürme Oranları
∆U1
ORANSAL ETKĐ
∆U 2 ( t ) = K o ⋅ ∆U1 ( t )
∆U 2
t
t
ĐNTEGRAL ETKĐ
∆U 2 ( t ) = K i ⋅ ∫ ∆U1 ( t1 )dt1
0
∆U 2
∆U1
t
11
ORANSAL ETKĐ ĐLE ÇALIŞAN BĐR MEKANĐZMANIN STATĐK DAVRANIŞI
U1
Tek anlamlı
Karakteristik
U2
U1
Çok anlamlı
Karakteristik
(Histerisiz)
Kuru sürtünme veya
boşluk kaynaklı kayıplar
U2
12
4
Bazı Konum Tahrik Mekanizmalarının Statik Çevrim Davranışları
ORANSAL ETKĐ
ĐNTEGRAL ETKĐ
Karakteristik
Eyleyici
Çalışma
Prensibi
ElektroMekanik
Tek anlamlı
lineer
Nonlineer
Adım
motoru
Karakteristik
Đki anlamlı
Tek anlamlı
Đki anlamlı
Nonlineer
(Hysterisiz)
lineer
Non lineer
Nonlineer
(Hysterisiz)
Elektro-mıknatıs
DC motor
AC motor
(şalterli)
Sürtünme ve
Elektrikli
tahrik
Hidrolik
konum
silindiri
Pnömatik
konum
silindiri
Akışkan
Enerjili
Pnöm. Membran
mekanizması
(karşı yaylı)
Konvansiyonel
olmayan
Piezoseramik Ey.
Magnetostriktif Ey
Akıllı Metal Ey.
13
Eyleyicilerden Genel Beklentiler
- Her iki yönde de tahrik ve frenleme yeteneği
- Büyük yük taşıma yeteneği
- Tam pozisyonlama için yüksek çözünürlük
- Đyi statik çevrim özelliği (mümkünse lineer, küçük sürtünme, boşluksuz)
- Hızlı ve iyi sönümlenmiş dinamik özellikler (zaman sabiti küçük, titreşimsiz)
- Büyük hız veya devir sayısı aralığında çalışma
- Büyük değerli kuvvet veya moment üretebilme
- Durma anlarında düşük sürtünme
- Sinyal dönüştürme için uygun ara kesitler
14
Elektro-Mekanik Konum Belirleme Eyleyicileri
Çok fazla kullanım alanı vardır.
Çok fazla tür (elektrik motorları !!!)
Farklı isteklere cevap verebilme yetenekleri yüksek
Elektrik enerjisi nasıl kolay bulunabiliyorsa bu eyleyiciler de çok fazla
üretilip kolay ve ucuz şekilde elde edilebiliyorlar.
Dinamik davranışları iyi
Pozisyonlama hassasiyetleri iyi
Sistem verimine etkileri hidrolik ve pnömatik sistemlere göre çok iyi
Ancak çok büyük kuvvet ve moment değerlerinde yetersiz kalıyorlar.
Fiziksel yapılarında sınırlamalar var.
Sistemde titreşim varsa etkileniyorlar. Bu nedenle titreşime karşı
ek önlem alma ihtiyacı var.
Yüksek çevre sıcaklıkları fonksiyonlarını olumsuz etkiliyor.
Sıcaklık ve titreşim ömürlerini kısaltıyor.
15
5
ADIM (STEP) MOTORLARI
>
>
>
>
>
>
>
Kare Profil
Büyük rotor çapı sayesinde 8.2 Nm'ye kadar moment.
Yüksek Moment/Eylemsizlik oranı.
4 veya 6 bağlantı ucu.
Farklı sargı seçenekleri.
Enkoder montajına uygun.
Kısa süreli aşırı sürülebilme özelliği (yüksek moment tepe değerleri).
16
Physical size: Module, 1.7" Wide, 7.0" High, 13.0"
Deep Module Connections: 80 pin PCB type edge connector
Power Connections: 48VAC
Motor Connections: Four or Eight lead Stepping Motors
Limit Inputs: Two inputs, front panel limits status display
Home Inputs: One input, front panel home status display
Current Settings: Selectable; 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4
Binary Resolution: 2,4,8,16,32,64,128,256 Micro-Steps / Per Step
Decimal Resolution: 5,10,25,50,125,250 Micro-Steps / Per Step
Status output: TTL, High when normal
Firma: ACS Systems
17
Moment
Seri bağlı
Paralel bağlı
Hız
Komutlar
Kullanıcı
Arabirimi
Adım
pulsleri
Đşlemci
Motor akımı
Sürücü
MOTOR
18
6
Adım motoru
Çalışma prensibi
19
Sabit Mıknatıslı Doğru Akım Motoru ve Mazot Pompası
Teknik Özellikler
Gerilim
28 V (DC)
Akım (max)
11 A
Güç
300 W
Basınç
0.7 bar - 4.0 bar
Akım
4.5 A - 10.5 A
Debi
12 lt/dak - 4.5 lt/dak
Özellikler ve Kullanım Sahası
Motor iki ayrı pompayı tahrik etmektedir.Pompalar paletli tip olup rotor
ve statorları ısıl işlem görmüş çelik malzemeden üretilmektedir. Motor
mili rulmanlar ile yataklanmıştır.
Kaynak: Kullanım Yeri : Kundağı motorlu top T-52,akaryakıt transferi için çeşitli
TEPAŞ uygulamalar.
20
Alternatif Akım Motorları
Sincap kafes motorlar:
HIZI
GÜCÜ
3000 1/min
195 kW - 1120 kW
1500 1/min
210 kW - 1350 kW
1000 1/min
240 kW - 1400 kW
750 1/min
255 kW - 1000 kW
500 1/min
250 kW
Bilezikli motorlar:
Kaynak: SIEMENS
HIZI
GÜCÜ
1500 1/min
400 - 825 kW
1000 1/min
500 - 1050 kW
750 1/min
330 kW
21
7
Kuvvet ve Đş Makinelerinin Statik Karakteristikleri
Teknikteki bir çok uygulamada kuvvet ve iş makinelerinin
statik karakteristikleri arasında uyumsuzluklar vardır. Bu
uyumsuzluk uygulamada bir çok problemi beraberinde getirir.
Yani kuvvet makinesi, iş makinesi tarafından istenen gücü
veya momenti her zaman sağlayamaz, bazen de fazlasını
sağlar.
Bu nedenle mekanik uygulamaların çoğunda (volanlar gibi)
bazı ara depolama, dengeleme organlarının kullanılması
ihtiyacı doğar.
22
Kuvvet Makinesi Statik Karakteristiği
Đş Makinesi Statik Karakteristiği
Bazı elektrik motorlarının M-n karakteristiği
1.DC motor (paralel)
2.DC motor (seri)
3.AC asenkron motor
3
M
Taşıma, şekil verme, takım tezgahı
1.Kren, asansör
2.Hadde, matbaa mak
3.Torna
4.Freze
M
4
1
2
2
1
3
nmaks
n
nmaks
n
23
Đçten yanmalı motorların
M-n karakteristiği (tam yükte)
1. Otto motorları
2. Dizel motorlar
Taşıtlar
1. Otomobil
2. Kamyon
3. Gemi
M
M
2
3
2
1
1
nmin
nmaks
ω
n
24
8
Akışkan (hidrolik) motorların
M-n karakteristiği (tam yükte)
1. Kısıcı vanasız HM
2. Kısıcı vanalı HM
Akışkan makineleri
1. Dairesel pompa (sabit basma yüks.)
2. Dairesel pompa (sabit çıkış kesitli)
3. Pistonlu pompa
2
M
3
M
1
1
2
nmaks
nmaks
n
n
25
TESPĐTLER:
Maksimum momente;
DC motorlarda
Asenkron motorlarda
Đçten yanmalı motorlarda
ulaşılıyor.
dururken,
maks devirden az önce
orta devirlerde
Tüm motorlarda maksimum devirlerde moment azalıyor!
ĐHTĐYAÇLAR ???
26
9

Eyleyiciler - Dr. Kadir Çavdar

Transkript

Benzer belgeler