Automatyka. Napęd elektryczny

Trzecia, ostatnia i najważniejsza książka serii poświęconej Automatyce, napisanej przez wybitną postać świata nauki – prof. Andrzeja Dębowskiego. Po „Automatyce – podstawach teorii” oraz „Automatyce – technice regulacji” ostatnią, dopełniającą publikacji serii jest prezentowana książka: „Automatyka – napęd elektryczny”. Autor, inżynier automatyk, prowadzący przez całe zawodowe życie aktywną działalność naukową i wdrożeniową we współpracy z przemysłem, będąc jednocześnie cały czas nauczycielem akademickim, zamierza tymi trzema książkami przedstawić pogłębione spojrzenie na możliwości stosowania narzędzi opartych na matematycznych podstawach teorii sterowania do analizy i projektowania układów automatycznego sterowania urządzeń technicznych. Książka demonstruje zastosowania tej wiedzy we współczesnych zautomatyzowanych układach napędowych, bazuje na najnowszych zdobyczach energoelektroniki i zaawansowanych technologii mikroprocesorowych i informatycznych. Ten uniwersalny podręcznik z powodzeniem znajdzie Czytelników wśród praktyków – inżynierów automatyków, projektantów napędów czy służb utrzymania ruchu, ale przede wszystkim jego zalety dydaktyczne wskazują na głównego odbiorcę w postaci studentów kierunków typu automatyka i robotyka, mechatronika, elektrotechnika.

Spis treści

1. PRZEDMOWA 9 2. OGÓLNE WIADOMOŚCI O NAPĘDZIE ELEKTRYCZNYM 17 2.1. Podstawy elektromechanicznego przetwarzania energii 17 2.2. Struktura napędu elektrycznego 32 2.3. Tryby pracy napędu elektrycznego 35 2.4. Opis dynamiki ruchu obrotowego wirnika silnika 38 2.5. Wyznaczanie zastępczego obciążenia na wale silnika 40 2.6. Charakterystyki mechaniczne układów napędowych w stanach ustalonych 42 2.6.1. Charakterystyki mechaniczne silników elektrycznych zasilanych ze źródła napięcia o stałych parametrach 43 2.6.2. Rodzaje charakterystyk mechanicznych urządzeń napędzanych 45 2.6.3. Wzajemne relacje pomiędzy charakterystykami silników i urządzeń napędzanych 47 2.6.4. Rozpędzanie i hamowanie napędu elektrycznego 49 3. WARUNKI PRACY ZAUTOMATYZOWANYCH UKŁADÓW NAPĘDOWYCH 52 3.1. Sterowanie momentem obrotowym silnika jako podstawa działania zautomatyzowanego napędu elektrycznego 52 3.2. Dwustrefowa praca napędów elektrycznych 53 3.2.1. Dopuszczalny obszar pracy napędu elektrycznego ze względu na parametry silnika elektrycznego 53 3.2.2. Ograniczenia obszaru pracy napędu elektrycznego spowodowane przez źródło energii elektrycznej i przekształtnik 55 3.3. Łagodny rozruch napędów elektrycznych 56 3.4. Charakterystyka mechaniczna idealnego układu napędowego 69 3.5. Układy sterowania pozycyjnego wykorzystujące napędy elektryczne 73 4. NAPĘDY ELEKTRYCZNE Z SILNIKAMI PRĄDU STAŁEGO (DC-M) 77 4.1. Model matematyczny silnika prądu stałego 78 4.2. Przekształtniki zasilające silniki prądu stałego 81 4.3. Schemat blokowy napędu z obcowzbudnym silnikiem prądu stałego 84 4.4. Schemat blokowy napędu trakcyjnego z szeregowym silnikiem prądu stałego 85 4.5. Kaskadowy układ napędowy prądu stałego 89 5. WPROWADZENIE DO NAPĘDÓW PRĄDU PRZEMIENNEGO Z SILNIKAMI TRÓJFAZOWYMI (AC-M) 99 5.1. Pojęcie wektora przestrzennego w opisach układów trójfazowych 100 5.2. Model wektorowy trójfazowego uzwojenia stojana 107 5.3. Modele zastępcze falowników zasilających silniki prądu przemiennego 122 5.3.1. Model zastępczy falownika napięciowego 123 5.3.2. Model zastępczy falownika prądowego 132 5.4. Zasady wektorowej regulacji prądów w trójfazowych uzwojeniach stojana 137 5.4.1. Histerezowy wektorowy regulator prądu stojana 139 5.4.2. Kartezjański wektorowy regulator prądu stojana 141 6. NAPĘDY ELEKTRYCZNE Z KLATKOWYMI SILNIKAMI INDUKCYJNYMI (AC-SCIM) 144 6.1. Model matematyczny trójfazowego silnika asynchronicznego 146 6.2. Układ napędowy z klatkowym silnikiem IM ze sterowaniem skalarnym 163 6.3. Pośrednie wektorowe sterowanie momentu i strumienia w klatkowym silniku IM 168 6.4. Układ napędowy z klatkowym silnikiem IM ze sterowaniem pośrednim polowo- zorientowanym (FOC) 172 6.4.1. Wektorowa regulacja prądu stojana w układzie napędowym AC- -SCIM FOC 173 6.4.2. Wektorowa regulacja momentu elektromagnetycznego w układzie napędowym AC-SCIM FOC 175 6.5. Układ napędowy z klatkowym silnikiem IM ze sterowaniem pośrednim prądowo- zorientowanym (COC) 181 6.5.1. Wektorowa regulacja prądu stojana w układzie napędowym AC-SCIM COC 184 6.5.2. Wektorowa regulacja momentu elektromagnetycznego w układzie napędowym AC-SCIM COC 186 6.6. Układ napędowy z klatkowym silnikiem IM z bezpośrednim wektorowym sterowaniem momentu i strumienia (DTFC) 196 7. NAPĘDY ELEKTRYCZNE Z SILNIKAMI SYNCHRONICZNYMI O MAGNESACH TRWAŁYCH (AC-PMSM) 202 7.1. Wprowadzenie do sterowania napędów z silnikami synchronicznymi 204 7.2. Model matematyczny silnika synchronicznego z magnesami trwałymi 207 7.3. Układ napędowy z silnikiem PMSM ze sterowaniem skalarnym 220 7.4. Układy napędowe z silnikiem PMSM ze sterowaniem wektorowym 223 7.4.1. Układ napędowy AC-PMSM ze sterowaniem pośrednim polowo-zorientowanym (FOC) 223 7.5. Układ napędowy AC-PMSM z bezpośrednim wektorowym sterowaniem momentu i strumienia (DTFC) 227 8. UWAGI O PROJEKTOWANIU SPECJALNYCH NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH 230 9. DODATKI 237 9A. Dane techniczne silników przykładowych 237 9A.1. Obcowzbudny silnik prądu stałego (DC-M) 237 9A.2. Silnik asynchroniczny zwarty – klatkowy silnik indukcyjny(AC-SCIM) 239 9A.3. Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi (AC-PMSM) 240 9B. Użycie jednostek względnych w opisach modeli silników 241 9B.1. Układ jednostek bazowych do opisu silników prądu stałego 242 9B.2. Układ jednostek bazowych do opisu trójfazowych silników prądu przemiennego 243 BIBLIOGRAFIA 249 A. Publikacje podstawowe z napędu elektrycznego 249 B. Publikacje dodatkowe z podstaw automatyki 251 C. Publikacje uzupełniające z energoelektroniki 251 D. Internetowe materiały źródłowe 251