Eyleyiciler - Dr. Kadir Çavdar
Transkript
Eyleyiciler - Dr. Kadir Çavdar
Eyleyiciler - actuators ĐNFORMASYON ĐŞLEME EYLEYĐCĐ ALGILAYICI SÜREÇ Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 1 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 2 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 3 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 4 + - MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 5 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 6 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 7 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 8 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 9 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 10 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 11 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 12 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 13 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 14 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 15 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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). Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 16 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 17 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR Moment Seri bağlı Paralel bağlı Hız Komutlar Kullanıcı Arabirimi Adım pulsleri Đşlemci Motor akımı Sürücü MOTOR Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 18 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 6 Adım motoru Çalışma prensibi Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 19 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 20 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 21 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 22 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 23 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR Kuvvet Makinesi Statik Karakteristiği Đş Makinesi Statik Karakteristiği 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 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 24 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 8 Kuvvet Makinesi Statik Karakteristiği Đş Makinesi Statik Karakteristiği 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 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 25 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 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 ??? Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi 26 MAK4089 MEKATRONĐĞE GĐRĐŞ Doç.Dr. Kadir ÇAVDAR 9