Wydział Elektryczny Politechniki Śląskiej w Gliwicach

Laboratorium energoelektronicznie sterowanych układów napędowych

Temat: „Sterowanie polowo-zorientowane silnika asynchronicznego”

GRUPA: KSS - mgr

SEKCJA 4: Czudaj Adam

Dobiosz Małgorzata

Ibrom Marcin

Legutko Piotr

Matyja Norbert

Gliwice 03.03.09r

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z metodą sterowania polowo-zorientowanego, analiza układu sterowania oraz badanie laboratoryjne silnika klatkowego sterowanego wg tej metody. Zakres ćwiczenia obejmował strojenie układu sterowania oraz badania właściwości statycznych i dynamicznych napędu.

2. Schemat układu pomiarowego:

3. Przebieg ćwiczenia:

W pierwszej części ćwiczenia naszym celem było zaobserwowanie przebiegów prądów, momentu elektromagnetycznego, prędkości zadanej i mierzonej, strumienia wirnika w stanie zatrzymania silnika (prędkość była zerowa). Poniżej przedstawiamy otrzymane charakterystyki. Do wykreślenia tych charakterystyk wykorzystano program Matlab.

Rys. 1. Charakterystyka momentu elektromagnetycznego w funkcji czasu

Rys. 2. Charakterystyka prędkości zadanej i mierzonej w funkcji czasu

Z powyższych charakterystyk wynika iż w stanie zatrzymania silnika (prędkość zadana równa zero) występuje moment elektromagnetyczny który jest równy momentowi obciążenia. Można powiedzieć ze spełnione jest równanie
, gdyż dla prędkości równej zero prawa strona powyższego równania wynosi zero a co za tym idzie moment elektromagnetyczny jest równy momentowi obciążenia.

Rys. 3. Charakterystyka prądu w osi X zadanego i mierzonego w funkcji czasu

Rys. 4. Charakterystyka prądu na osi Y zadanego i mierzonego w funkcji czasu

Powyższych charakterystyk możemy wywnioskować iż prąd Ix nie ma wpływu na pracę naszego silnika przy jego zatrzymaniu. Natomiast składakowa Iy prądu wirnika jest proporcjonalna do momentu elektromagnetycznego co wynika z równania:

Rys. 5. Charakterystyka strumienia w osiach α, β w funkcji czasu

Rys. 6. Charakterystyka prądu stojana w osiach α,β w funkcji czasu

W kolejnej części ćwiczenia naszym celem było zaobserwowanie przebiegów prądów, momentu elektromagnetycznego, prędkości zadanej i mierzonej, strumienia wirnika podczas pracy naszego silnika ze skokową zmianą momentu obciążenia. Poniżej przedstawiamy otrzymane charakterystyki. Do wykreślenia tych charakterystyk wykorzystano program Matlab.

Rys. 7. Charakterystyka momentu elektromagnetycznego w funkcji czasu

Rys. 8. Charakterystyka prędkości zadanej i mierzonej w funkcji czasu

Na powyższych charakterystykach widać, że wpływ skokowej zmiany momentu obciążenia wiąże się ze zmianą prędkości i prądu. Wynika to znowu ze spełnieniem równania:
gdyż jeśli skokowo zmienimy moment obciążenia Mo to pociągnie to za sobą zmianę prądu J oraz prędkości ω ponieważ lewa strona równania musi odpowiadać prawej jego stronie.

Rys. 9. Charakterystyka prądu w osi X zadanego i mierzonego w funkcji czasu

Rys. 10. Charakterystyka prądu na osi Y zadanego i mierzonego w funkcji czasu

Z powyższych charakterystyk wynika że prądy Iy jest proporcjonalny do momentu elektromagnetycznego a co za tym idzie prąd Iy również zmienia swoją wartość wraz ze skokową zmianą momentu obciążenia.

Rys. 11. Charakterystyka strumienia w osiach α, β w funkcji czasu

Rys. 12. Charakterystyka prądu stojana w osiach α,β w funkcji czasu

W kolejnej części ćwiczenia naszym celem było zaobserwowanie przebiegów prądów, momentu elektromagnetycznego, prędkości zadanej i mierzonej, strumienia wirnika podczas zmiany kierunku wirowania, czyli tzw. nawrotu. Poniżej przedstawiamy otrzymane charakterystyki. Do wykreślenia tych charakterystyk wykorzystano program Matlab.

Rys. 13. Charakterystyka momentu elektromagnetycznego w funkcji czasu

Rys. 14. Charakterystyka prędkości zadanej i mierzonej w funkcji czasu

Rys. 15. Charakterystyka prądu w osi X zadanego i mierzonego w funkcji czasu

Rys. 16. Charakterystyka prądu na osi Y zadanego i mierzonego w funkcji czasu

Z powyższych charakterystyk wynika, że wraz ze zmianą kierunku wirowania zmienia się wartość prądu Ix pojawiają się tzw. piki prądowe które są spowodowane zmianą pola wewnątrz stojana silnika. Natomiast składowa prądu Iy jest proporcjonalna do wartości momentu elektromagnetycznego.

Rys. 17. Charakterystyka strumienia w osiach α, β w funkcji czasu

Rys. 18. Charakterystyka prądu stojana w osiach α,β w funkcji czasu

Z powyższych charakterystyk możemy wywnioskować iż nagła zmiana kierunku obrotu wirnika (tzw. nawrót) wiąże się ze zmianą wewnętrznego pola magnetycznego a co za tym idzie zmienia się kierunek płynięcia prądu stojana co pociąga za sobą zmianę strumienia na przeciwny (rys. 17).

Ostatnim krokiem naszego ćwiczenia było wyznaczyć charakterystykę składowych prądu stojana Ix oraz Iy w funkcji zmian momentu dla dwóch różnych wartości prędkości obrotowej silnika. Poniżej zestawiono tabele pomiarowe oraz otrzymane charakterystyki.

	n=500					n=300
Ix [A]	Iy [A]	M [Nm]			Ix [A]	Iy [A]	M [Nm]
0,1	0	0			0	0,25	0,3
-2,8	3	8			-2,8	2,75	7,5
-3,9	4,75	11,7			-3,9	4	10
-5	5,75	14,8			-5	5,75	13,5
-6,1	7,5	17			-6,1	6,75	17,3
-7,1	8	20,5			-7,2	8	20,5
-8,2	9	24,6			-8,2	9	23
-9,3	10,5	27,3			-9,2	10,5	27

4. Wnioski:

Najważniejszym wnioskiem jaki można wyciągnąć z przeprowadzonego ćwiczenia jest to iż w metodzie polowo-zorientowanej moment elektromagnetyczny silnika klatkowego jest proporcjonalny do składowej Isy prądu stojana. Dzięki temu moment i strumień w silniku mogą być sterowane niezależnie.

Składowa Ix prądu stojana nie ma wpływu na prace silnika. Nagła zmiana tego prądu występuje tylko w przypadku zmiany kierunku wirowania silnika, w innym przypadku prąd ten jest zawsze na ustalonej wartości 7,5 A. Można przypuszczać ze ten prąd odpowiada za składowa bierną mocy pobieranej z sieci zasilającej układ.

Zmiana momentu obciążenia pociąga za sobą zmianę prędkości ω i wartości prądu J wynika to z równania
.

Zaletą metody sterowania polowo-zorientowanego jest odprzężenie wielkości sterowanych w stanie ustalonym, natomiast do wad można zaliczyć złożony układ sterowania wymagający m. in. transformacji współrzędnych oraz znajomości parametrów schematu zastępczego maszyny.

Badany układ cechuje się bardzo dobrymi właściwościami dynamicznymi, gdyż jego odpowiedź na skokowe zmiany wartości zadanych momentu i prędkości (podczas badania tzw. nawrotu) była rzędu od kilku do kilkudziesięciu milisekund (ms).

2

---