MEMS i mikronapędy 22.10.2010
II ET-DI
L10
Piotr Wojciechowski
Paweł Żmuda

Ćw. 1

Badanie silnika skokowego

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową silnika skokowego reluktancyjnego, sposobem sterowania oraz

wyznaczeniem jego charakterystyk dynamicznych. Silnik skokowy rekuktancyjny z uwagi na swą budowę

najczęściej zasilany jest unipolarnie. Najprostszym sposobem jego sterowania jest sterowanie napięciowe. W

takim przypadku napięcie zasilające jest podawane na poszczególne pasma bez żadnych ograniczeń. Daje to

dobre rezultaty w zakresie stosunkowo małych częstotliwości pracy. Wraz ze wzrostem częstotliwości

taktowania prądy w poszczególnych nie osiągają już wartości ustalonych. Tym samym prowadzi to ograniczenia

wartości wytwarzanego momentu a w konsekwencji do zatrzymania silnika. Jedną z metod zapobiegania temu

problemowi jest stosowanie tzw. forsowanie wzbudzenia. Polega ono na zwiększeniu wartości napięcia

zasilającego przy jednoczesnym dołączeniu dodatkowej rezystancji Rd ograniczającej wartość prądu do wartości

znamionowej. Układ sterowania silnika zbudowano w oparciu o układ mikroprocesora 8-bitowego. Umożliwia

ona płyną zmianę częstotliwości podawanych impulsów, zmianę kierunku wirowania oraz komutowanie

uzwojeń w sekwencji 1/4, 1/2 i 3/8.

Schemat układu pomiarowego

Wyznaczanie zależności częstotliwości granicznej fg=f(TL) oraz rozruchowej fl= f(TL) w warunkach

znamionowych (Udc=UN=12V) dla pracy silnika przy:

1. Komutacji symetrycznej ¼

fg	F1	m	TL
[Hz]	[Hz]	[kg]	[Nm]
126	41	0,1	0,1
97	41	0,2	0,2
85	40	0,3	0,3
73	39	0,4	0,4
63	38	0,5	0,5
56	34	0,6	0,6
46	32	0,7	0,7
38	30	0,8	0,8

1. Komutacji symetrycznej ½

fg	F1	m	TL
[Hz]	[Hz]	[kg]	[Nm]
189	54	0,1	0,1
154	54	0,2	0,2
141	54	0,3	0,3
121	54	0,4	0,4
106	54	0,5	0,5
98	53	0,6	0,6
90	52	0,7	0,7
86	52	0,8	0,8

1. Komutacji niesymetrycznej 3/8

fg	F1	m	TL
[Hz]	[Hz]	[kg]	[Nm]
381	106	0,1	0,1
310	107	0,2	0,2
274	106	0,3	0,3
239	107	0,4	0,4
204	104	0,5	0,5
188	102	0,6	0,6
167	101	0,7	0,7
153	99	0,8	0,8

Wyznaczanie zależności częstotliwości granicznej fg=f(TL) oraz rozruchowej fl= f(TL) w warunkach

forsowania wzbudzenia (Udc>UN=15V oraz Rad ≈1Ω) dla pracy silnika przy:

1. Komutacji symetrycznej ¼
   

fg	F1	m	TL
[Hz]	[Hz]	[kg]	[Nm]
114	34	0,05	0,05
87	32	0,10	0,10
74	31	0,125	0,125
59	28	0,175	0,175
51	25	0,20	0,20
48	21	0,25	0,25
39	19	0,30	0,30
34	17	0,40	0,40

1. Komutacji symetrycznej ½
   

fg	F1	m	TL
[Hz]	[Hz]	[kg]	[Nm]
136	39	0,10	0,10
107	34	0,15	0,15
96	33	0,20	0,20
75	31	0,25	0,25
64	29	0,30	0,30
52	28	0,35	0,35
51	26	0,40	0,40
41	24	0,45	0,45

1. Komutacji niesymetrycznej 3/8

fg	F1	m	TL
[Hz]	[Hz]	[kg]	[Nm]
264	79	0,10	0,10
198	75	0,15	0,15
157	70	0,20	0,20
130	66	0,25	0,25
105	60	0,30	0,30
76	45	0,40	0,40
54	36	0,50	0,50
50	27	0,55	0,55

Obserwacja przebiegów czasowych prądu i napięcia.

Komutacji symetryczna 1/4

Komutacji niesymetryczna 3/8

Komutacji symetryczna 1/2

Opracowanie wyników.

Obliczanie momentu obciążenia:

T L = F×r = mgr

Gdzie:
r = 0,1m

m – masa obciążników [kg],

g – przyspieszenie ziemskie [m/s2]
$g \approx 10\lbrack\frac{m}{s^{2}}\rbrack$
Wyprowadzenie jednostek:
$\left\lbrack \frac{kg \bullet m}{s^{2}} \bullet m \right\rbrack = \left\lbrack \text{Nm} \right\rbrack$
Przykładowe obliczenia:
m = 500g = 0, 5kg
T_L = mgr = 0, 5 • 10 • 0, 1 = 0, 5[Nm]

Wnioski:
Na podstawie otrzymanych charakterystyk można zaobserwować jak zmieniają się częstotliwości graniczna i rozruchu dla zmian momentu obciążenia sinika. Jak widać zmiana momentu obciążenia ma znaczący wpływ na zmianę wartości częstotliwości granicznej natomiast znacznie mniejszy na wartość częstotliwości rozruchowej. Jednak obie te wartości mają skłonność do malenia wraz ze wzrostem wartości momentu obciążenia silnika.