Politechnika Świętokrzyska Katedra Energoelektroniki
Laboratorium Napędu Elektrycznego i Automatyki Napędu Ćwiczenie nr: 4
Specjalność: automatyka
Temat: Badanie kaskady stało momentowej w układzie otwartym.
Grupa: 303B Zespół: 2
Ocena:
1.Kopyt Damian
2.Daniel Bednarski
Data wykonania:
Data oddania:
3.Karol Białek
11.01.2010
25.01.2010
4.Jarosław Jadwiżyc
5.Paweł Kaleta
1. Cel ćwiczenia
Zapoznanie się z układem regulacji prędkości obrotowej na stały moment oraz wyznaczenie charakterystyk regulacyjnych.
2. Wstęp
Prędkość idealnego biegu jałowego silnika indukcyjnego jest określona wzorem: 2 π f
U
1
2
ω =
1
+ m
ℑ
;
ω = ω + ω
0
1
2
p
ω Ψ
b
1
2
Zgodnie z równaniem mamy trzy sposoby regulacji prędkości kątowej silników indukcyjnych:
• zmiana częstotliwości zasilania stojana f , 1
• zmiana liczby par biegunów p , b
• zasilanie wirnika silnika pierścieniowego ( U ≠ 0 ) lub zmiana częstotliwości prądów 2
wirnika f .
2
Podczas gdy zmiana liczby par biegunów wymaga specjalnego uzwojenia Dahlander’a , to dwie pozostałe metody wymagają zmiany częstotliwości i modułu napięcia uzyskiwanych poprzez stosowanie przekształtników zasilających stojan lub wirnik.
W tym ćwiczeniu zajmiemy się regulacją poprzez zmianę napięcia w wirniku silnika, w celu uproszczenia układu w obwodzie wirnika zastosowany jest mostek prostowniczy. Poprzez ten zabieg nie mamy możliwości regulacji prędkości poprzez zmianę częstotliwości w wirniku, pozostaje tylko zmiana napięcia.
1
ω
ω
3 H
30
ω
ω
20
2 H
ω
ω 1 H
10
M
Nm
e [
]
M
M
H
K
Charakterystyka regulacyjna przy regulacji prędkości obroto wej w układzie kaskadowym na stały moment przy regulacji U / f oraz obciążeniu stało momentowym.
2
2
ω [ rad / s]
Zakres możliwy do
ω
ω
3 H
przebadania na zajęciach
30
ω
ω 2 H
20
ω
ω 1 H
10
M K
M
Nm
e [
]
M
H
Charakterystyka regulacyjna przy regulacji prędkości obrotowej w układzie kaskadowym na stały moment przy regulacji U oraz obciążeniu stało momentowym.
2
ω [ rad / s]
ω
ω
3 H
30
ω
ω 2 H
20
ω
ω 1 H
10
M K
M
H
M
Nm
e [
]
Charakterystyka regulacyjna przy regulacji prędkości obrotowej w układzie kaskadowym na stałą moc.
2
3. Schemat układu pomiarowego N
L1
L2
L3
S
W1
3
S1
TR WPT=W2-W1
W
A I1
S2
W
I
2
2
W
A
Utg
Uobc
I
M
Tg
obc
G
V
Iwzb
I
DC
A
V
Ld
UDC
Schemat układu regulacji stało momentowej.
4. Tabele pomiarowe
a) regulacyjna
Lp. W W
W
I
U
I
I
U
n
ω
M
1
P
P 2
Pt
DC
DC
f 1
1
TG
e
-
[ W ]
[ W ]
[ W ]
[ A]
[ V ]
[ A]
[ A]
[ V ]
obr
rad [ Nm]
m
s
1
345 1800 1455
0,6
150
6,8
5
0
0
0
∞
2
510
390
-120
1,5
66
7
5
22
550
57,6
6,77
3
510
420
-90
2
53
7
5
26
650
68,1
6,17
4
540
480
-60
2
41
7
5
29
725
75,9
6,32
5
555
525
-30
2,1
30
7
5
32
800
83,8
6,27
6
555
540
-15
2,4
26
7
5
34
850
89,0
6,07
7
555
594
39
2,5
21
7,2
5
35
875
91,6
6,48
8
570
600
30
2,7
15
7,2
5
36
900
94,2
6,37
3
b) dla dwóch wstępnie zadanych prędkości Lp.
W
W
W
I
U
I
I
U
n
I
U
I
ω
M
1
P
P 2
Pt
DC
DC
f 1
1
TG
obc
obc
wzb
e
obr
-
A
[ W ]
[ W ]
[ W ]
[ A]
[ V ]
[ ]
[ A] [ V ]
[ A] [ V ] [ mA]
rad [ Nm]
m
s
1
510
435
-75
1,8
48
7
5
27
675
0
0
0
70,69
7,22
2
540
465
-75
2
52
7
5
26
650
1,5
100
50
68,07
7,93
3
600
525
-75
2,5
58
7
5
24
600
2,1
120
100
62,83
9,55
4
720
615
-105
3
66
7,2
5
22
550
2,9
150
150
57,60
12,50
5
810
720
-90
3,5
74
7,5
5
19
475
3,2
165
200
49,74
16,28
6
840
765
-75
4
80
7,5
5
18
450
3,4
170
225
47,12
17,83
7
900
810
-90
4,25
84
7,8
5,2
16
400
3,5
175
250
41,89
21,49
8
990
870
-120
4,9
92
8
5,2
14
350
3,5
177
300
36,65
27,01
1
540
585
45
2,6
16
7,2
5
36
900
1
53
0
94,25
5,73
2
600
675
75
3
20
7,2
5
35
875
2,1
110
50
91,63
6,55
3
720
780
60
3,4
26
7,4
5
33
825
3
160
100
86,39
8,33
4
810
900
90
4
35
7,6
5
30
750
4
180
150
78,54
10,31
5
930 1050 120
4,5
42
7,8
5,2
28
700
4,25 225
175
73,30
12,69
6
990 1110 120
4,9
48
8
5,2
27
675
4,5
234
200
70,69
14,01
7
1050 1200 150
5,25
54
8
5,2
25
625
4,8
242
225
65,45
16,04
c) dla stałej prędkości
Lp.
W
W
W
I
U
I
I
U
n
I
U I
ω
M
1
P
P 2
Pt
DC
DC
f 1
1
TG
obc
obc
wzb
e
-
[ W ]
[ W ]
[ W ]
[ A]
[ V ]
[ A] [ A] [ V ]
obr
[ A] [ V ] [ A]
rad [ Nm]
m
s
1
495
405
-90
1,75
54
7
5
26
650
0,5
0
0
68,07
7,27
2
555
480
-75
2
50
7
5
25
650
1,5
80
50
68,07
8,15
3
600
540
-60
2,5
51
7
5
26
650
2,1
110
90
68,07
8,81
4
780
750
-30
3,5
52
7,4
5
26
650
3,4
175
150
68,07
11,46
5
900
930
30
4,1
50
7,8
5,2
26
650
4,1
250
175
68,07
13,22
6
975
1050
75
4,8
51
7,9
5,2
26
650
4,4
245
200
68,07
14,32
5. Obliczenia
Ponieważ watomierze włączone były na napięcie U wskazania trzeba było wymnożyć przez 3 aby f
uzyskać właściwą moc.
30 n
ω =
; wzór na przejście z prędkości w obrotach na minutę na radiany na sekundę π
P
M =
; wzór na moment elektryczny w niutonometrach e
ω
P = P − P ; Pt
2
1
4
6. Wykresy i charakterystyki Charakterystyka Me=f(w)
8,00
7,00
6,00
5,00
m] 4,00
e [NM
"Me"
3,00
Liniowy ("Me")
2,00
1,00
0,00
57,6
68,1
75,9
83,8
89,0
91,6
94,2
w[rad/s]
Charakterystyka regulacyjna, otrzymana przy braku obciążenia na wale (prądnica obciążająca silnik jest niewzbudzona I
= 0 ) i regulacji napięcia w wirniku.
wzb
Z tej charakterystyki jednoznacznie widać liniową zależność momentu od prędkości. Zależność ta jest liniowa, zmienia się w niewielkim stopniu (małe nachylenie) i można przyjąć że jest stała. Stąd nazwa układu regulacji: kaskada stało momentowa.
Charakterystyka w=f(UDC)
100,0
90,0
80,0
70,0
60,0
50,0
[rad/s]w 40,0
w
30,0
20,0
10,0
0,0
15
21
26
30
41
53
66
UDC[V]
5
Charakterystyka w=f(Me); n1,n2
100,00
90,00
80,00
70,00
60,00
50,00
[rad/s]w 40,00
w=f(Me); n1
30,00
w=f(Me); n2
20,00
10,00
0,00
7,22
7,93
9,55
12,50
16,28
17,83
21,49
27,01
Me[Nm]
Charakterystyki dla dwóch wstępnie zadanych prędkości, silnik obciążany momentem obciążenia.
Charakterystyka w=f(UDC)
100,00
90,00
80,00
70,00
60,00
50,00
[rad/s]w 40,00
w; n1
30,00
w; n2
20,00
10,00
0,00
5,73
6,55
8,33
10,31
12,69
14,01
16,04
UDC[V]
Charakterystyki dla dwóch wstępnie zadanych prędkości, zależność prędkości obrotowej od napięcia U
DC
6
Charakterystyka w=f(Me); w=const.
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
[rad/s]w 30,00
w=f(Me)
20,00
10,00
0,00
7,27
8,15
8,81
11,46
13,22
14,32
Me[Nm]
Charakterystyka stałej prędkości przy zmiennym momencie obciążenia i regulacji momentu silnika.
7. Wnioski
Na charakterystyce regulacyjnej widać możliwości regulacji prędkości obrotowej za pomocą kaskady w układzie stało momentowym. W szerokim przedziale moment jest funkcją liniową o małym nachyleniu tzn. w małym stopniu zależną od prędkości obrotowej. Dzięki kaskadzie możliwe jest uzyskanie płynnej regulacji prędkości i momentu, oraz rozruch napędu pod obciążeniem. Dodatkową zaletą jest możliwość uzyskania prędkości większych od prędkości idealnego biegu jałowego.
Zaletą stosowania kaskad jest oddawanie części mocy wygenerowanej w wirniku do sieci zasilającej, dzięki temu sumaryczny pobór mocy jest mniejszy, co przekłada się na zwiększenie współczynnika sprawności całego zespołu napędowego.
Dzięki regulacji w obwodzie wirnika można zredukować koszty, ponieważ urządzenia regulacyjne pracują przy mniejszych mocach niż tych jakie wymagało by regulowanie od strony uzwojeń stojana.
7