Stejnosměrné motory v medicínských aplikacích

Prezentace na téma: "Stejnosměrné motory v medicínských aplikacích"— Transkript prezentace:

1 Stejnosměrné motory v medicínských aplikacích

2 Požadavky na motory kladené
Výkon ~ 1W manipulátory a nástroje pro operace ~ 10 W peristaltické pumpy, brusky, ~ 100 W pohony, trakce, vozíky Kroutící moment bývá mNm, pomocí převodovky jej lze zvýšit Napětí 3 V V

3 Ampérův zákon celkového proudu
U přímého vodiče H 2r = I

4 Lorentzova síla víme, že F = Q v x B, I  dB r0 dl

5 F = Q v x B víme, že Q =  I dt , v = dl/dt F =  I dl x B
Vodič v magnetickém poli - Lorentzova síla F = Q v x B víme, že Q =  I dt , v = dl/dt F =  I dl x B

6 F = Q v x B víme, že Q = I t , v = dl/dt F =  I dl x B
Vodič v magnetickém poli - Lorentzova síla F = Q v x B víme, že Q = I t , v = dl/dt F =  I dl x B Biot-Savartův zákon

7 Náhradní schéma stejnosměrného motoru
pro ustálený stav bez budicího obvodu Platí rovnice U = Ui + RaIa přičemž Ui = c1 Φ n M = c2 Φ Ia Ui – vnitřní indukované napětí Ra – odpor vinutí kotvy Ia – proud kotvou n – otáčky motoru M – kroutící moment motoru Φ – magnetický tok v budícím obvodu c1, c2 - konstanty závislé na uspořádání motoru

8 Trocha teorie

9 Trocha teorie

10 Rozdělení stejnosměrných motorů

11 Derivační motor Vinutí statoru připojeno paralelně ke kotvě. Často používaný pro své konstantní otáčky nezávislé na zatížení. U menších motorků je statorové vinutí nahrazeno trvalými magnety.

12 Seriový motor Seriový motor nesmí být používán bez zatížení, otáčky by šly k nekonečnu a motor by se poškodil. Použití v oblasti pohonů

13 Kompaudní motor

14 Možnosti napájení Lineární změna napětí
Nevýhoda – ztráty na regulačním prvku Lineární změna proudu - seriové motory, trakce Pulzní řízení Vícefázové napájení u krokových motorů Nevýhoda – složitější elektronika

15 Možnosti napájení Pulzně šířková modulace (PWM)
průběh napětí na motoru

16 Možnosti napájení H – můstek
Umožňuje reverzovat směr pohybu a řídit rychlost buzením tranzistorů PWM signálem

17 Uspořádání moderních motorků

18 Rozsah parametrů mikromotorků a převodovek fy. MINIMOTOR

19 Katalogový list typických mikromotorků

20 PŘÍKLAD Máte k dispozici následující katalogové údaje mikromotorku s permanentním magnetem. Jmenovité napájecí napětí Un= 4,5 V. Otáčky při chodu naprázdno jsou no= min-1 . Proud kotvou (rotorem) naprázdno Iao= 12 mA. Napěťová konstanta kE= 0,27 mV/min-1. Momentová konstanta kM=2,58 mNm/A. Motor napájíme ideálním zdrojem napětí. V konstantách je již obsažen i budící magnetický tok. a) Z uvedených údajů vypočtěte odpor kotvy Ra b) Motor nyní při jmenovitém napájecím napětí zatížíme tak, že otáčky klesnou na n1= min-1. Jaký proud v tomto režimu kotvou poteče a jakým kroutícím momentem bude motor pohánět zátěž? c) Jakým kroutícím momentem působí motor na brzdu, když jej při jmenovitém napájení zastavíme? __________________________________________________________________________________ a) Obecně platí , Pro chod naprázdno bude Vnitřní ind. napětí naprázdno Odpor kotvy

21 b) Vnitřní indukované napětí při otáčkách n1
Proud kotvou při této zátěži Kroutící moment M1 c) Proud protékající kotvou při stojícím motoru Kroutící moment M2

22 Krokový motor s pasivním rotorem
Krokové motory Krokový motor s pasivním rotorem Cívky tvořící jednu fázi jsou spojeny do série Vybuzená fáze přitáhne vždy nejbližší zuby tak, aby magnetický obvod měl nejmenší magnetický odpor Budíme-li postupně fáze A-B-C-D-A, točí se rotor proti směru hodinových ručiček Pro otáčení ve směru hodinových ručiček budíme A-D-C-B-A Jeden cyklus A-B-C-D-A znamená pootočení rotoru o jednu zubovou rozteč

23 Krokový motor s aktivním rotorem
Krokové motory Krokový motor s aktivním rotorem Rotor je zmagnetován a natáčí se dle magnetické polarity pólů statoru

24 Typy řízení krokových motorů
A. Dle polarity - unipolární (jednodušší elektronika, nižší spotřeba) - bipolární (vyšší kroutící moment) B. Dle velikosti kroku - s plným krokem - s polovičním krokem (jemnější krok, náročnější na ovládání) C. Dle počtu aktivních fází - jednofázové (nižší spotřeba) - dvoufázové (vyšší kroutící moment) Označení cívek pro následující obrázky

25 Typy řízení krokových motorů
Principelní schéma unipolárního řízení Principelní schéma bipolárního řízení

26

27

28

29 Bezkomutátorové (brushless) motory
Ventilátor z PC

30 Zapojení elektroniky u PC ventilátorů