Silnik prądu stałego (symulator)v1

Symulator silnika wykonawczego

prądu stałego.

Automatyka i Robotyka sem. III

grupa 5, sekcja 2

Data odbycia ćwiczenia: 22.10.2012r

Skład sekcji:

Pander Łukasz

Pławecki Tomasz

Brol Paweł

Szpaczyński Mieszko

Kubat Maciej

Góralski Mateusz

Budziński Adam

Piasecki Jakub

Kuczyński Piotr

Nocoń Marek

Majchrowicz Krzysztof

Kapski Michał

1. Wstęp :

Do dyspozycji oddano nam Symulator SWPS (w formie programu komputerowego), oraz podłączony do niego SWPS. Sam silnik był potrzebny do wyznaczenia charakterystyki prędkości kątowej od impulsu. Dla reszty funkcji symulator korzystał z 2 modeli matematycznych: modelu SWPS oraz modelu PTPS.

Schemat ideowy stanowiska:

Symulator posiadał posiadał następujące możliwości:

1) Dla obiektu rzeczywistego:

  1. Sterowanie silnikiem

  1. Dla SWPS:

    1. Sterowanie twornikowe, stan ustalony, charakterystyka regulacyjna wr = f(U2).

Sterowanie twornikowe, stan ustalony, charakterystyka mechaniczna Me= f(wr).

  1. Sterowanie biegunowe, stan ustalony, charakterystyka regulacyjna wr = f(U1).

  2. Sterowanie biegunowe, stan ustalony, charakterystyka mechaniczna Me= f(wr).

  3. Sterowanie twornikowe, stan nieustalony

    1. Odpowiedź na skok jednostkowy jak dla elementu inercyjnego pierwszego rzędu.

    2. Odpowiedź na skok jednostkowy jak dla elementu całkującego z inercją pierwszego rzędu.

  4. Sterowanie biegunowe stan nieustalony

    1. Odpowiedź na skok jednostkowy.

  5. Wizualizacja SWPS

3) Dla PTPS :

  1. Charakterystyka stanu ustalonego.

    1. Z pominięciem oddziaływania twornika i rezystancji przejściowej.

    2. Z uwzględnieniem oddziaływania twornika.

    3. Z uwzględnieniem rezystancji przejściowej.

    4. Z uwzględnieniem oddziaływania twornika i rezystancji przejściowej.

  2. Charakterystyka stanu nieustalonego.

    1. Odpowiedź na skok jednostkowy jak dla elementu inercyjnego pierwszego rzędu.

    2. Odpowiedź na skok jednostkowy jak dla elementu różniczkującego.

Dzięki symulatorowi jesteśmy w stanie zbadać właściwości SWPS i PTPS, nie narażając

ich jednocześnie na uszkodzenie spowodowane np. przyłożeniem zbyt wysokiego napięcia. Pozwala nam on również na sprawdzenie dokładności modeli matematycznych. Wyniki otrzymane z pomocą symulatora możemy porównać z wynikami otrzymanymi, przy testowaniu prawdziwych przetworników.

  1. Tabele pomiarowe

Zadanie 2 Zadanie 3

U2[V] Prędkość kątowa wr[Obr/s]
Me = 0 [Nm]
0 0
5 10
10 20
15 30
20 40
25 50
30 60
35 70
40 80
45 90
50 100
55 110
60 120
65 130
70 140
75 150
80 160
85 170
90 180
95 190
99 198
wr[obr/s] Me[Nm]
U2 = 30
0 3,4
1 2,8
2 2,3
3 1,7
4 1,1
5 0,6
6 0
7 -0,6
8 -1,1
9 -1,7
10 -2,3
11 -2,8
12 -3,4
13 -4
14 -4,5
15 -5,1
16 -5,7
17 -6,2
18 -6,8
19 -7,4
20 -8
21 -8,5
22 -9,1
23 -9,7
24 -10,2
25 -10,8
26 -11,4
27 -11,9
28 -12,5
29 -13,1

Zadanie 4

U1[V] wr [obr/s]
Me =0[Nm]
0 NaN
1 5000
2 2500
3 1666,7
4 1250
5 1000
6 833,3
7 714,3
8 625
9 555,6
10 500
11 454,5
12 416,7
13 384,6
14 357,1
15 333,3
16 312,5
17 294,1
18 277,8
19 263,2
20 250
21 238,1
22 227,3
23 217,4
24 208,3
25 200
26 192,3
27 185,2
28 178,6
29 172,4
30 166,7
31 161,3
32 156,2
33 151,5
34 147,1
35 142,9
36 138,9
37 135,1
38 131,6
39 128,2
40 125
41 122
42 119
43 116,3
44 113,6
45 111,1
46 108,7
47 106,4
48 104,2
49 102

Zadanie 5

wr[Obr/s] Moment elektromagnetyczny Me [Nm]
U1 = 25[V]
0 8,3
4 7,5
8 6,7
12 5,8
16 5
20 4,2
24 3,3
28 2,5
32 1,7
36 0,8
40 0
44 -0,8
49 -1,9
t[s] wr[obr/s]
0 0
1 0
2 -0,2
3 -0,3
4 -0,6
5 -0,9
6 -1,2
7 -1,5
8 -1,9
9 -2,3
10 -2,7
11 -3,1
12 -3,6
13 -4
14 -4,5
15 -4,9
16 -5,3
17 -5,8
18 -6,2
19 -6,6
20 -7,1
21 -7,5
22 -7,9
23 -8,3
24 -8,7
25 -9,1
26 -9,5
27 -9,9
28 -10,2
29 -10,6
30 -10,9
31 -11,3
32 -11,6
33 -12
34 -12,3
35 -12,6
36 -12,9
37 -13,2
38 -13,5
39 -13,8
40 -14

Zadanie 6 Zadanie 7

R1 14
R2 15
U1 30
L1 500
Lm 0,1
J 0,1
Wro 50
i10 450
Czas [s] wr[obr/s] Mz[Nm]
0 0 2
4 7,6 2
8 13,3 2
12 17,6 2
16 20,9 2
20 23,4 2
24 25,3 2
28 26,7 2
32 27,8 2
36 28,6 2
40 29,3 2
44 29,7 2
48 30,1 2
52 30,4 2
56 30,6 2
60 30,7 2
64 30,8 2
68 30,9 2
72 31 2
76 31 2
80 31,1 2
84 31,1 2
88 31,1 2
92 31,1 2
96 31,2 2
99 31,2 2

Zadanie 8 Zadanie 9

T [s] U2 [V]
0 0
1 41,3
2 59,9
3 68,2
4 71,9
5 73,6
6 74,4
7 74,7
8 74,9
9 74,9
10 75
11 75
12 75
13 75
14 75
15 75
16 75
w[obr/sec] U2[V]
Robc = 40 [Ω]
0 -22,9
7 -3,4
14 3
21 6,3
28 8,2
35 9,5

2.

Wyznaczyć zależność wr=f(U2) dla trzech różnych wartości momentów elektromagnetycznych Me.

Przy sterowaniu twornikowym:

R1=400[Ω] U1=100[V] = const Lm=2[H] (indukcyjność wzajemna)

R2=44[Ω] U2=100[V] = var

3.

Wyznaczyć zależność Me=f(wr) dla trzech różnych wartości napięć twornika U2 oraz wyliczyć współczynnik tłumienia wewnętrznego D.

Przy sterowaniu twornikowym:

R1=400[Ω] U1=100[V] = const

R2=44[Ω] Lm=20[H]

Współczynnik D:

D=R2*[(Lm*U1)/(R1*R2)]^2

D=0,568[Nms/obr]

Jak powinno zostać zmienione napięcie twornika ,aby prędkość obrotowa zmniejszyła się o połowę przy równoczesnym zmniejszeniu momentu elektromagnetycznego o połowę ?

W przypadku, gdy moment elektromagnetyczny zmniejszy się o połowę, napięcie twornika również musi zmniejszyć się o połowę, aby prędkość obrotowa zmniejszyła się o połowę. Zależność ta wynika bezpośrednio ze wzoru na moment elektromagnetyczny. Jeśli przyjmiemy, że zmienne Lm, U1, R1,R2 są równe 1 pozostanie nam równanie Me = U2 – Wr. Gdy zmniejszymy moment elektromagnetyczny o połowę otrzymamy 0,5*Me = 0,5 * U2 – 0,5*Wr.

4.

Wyznaczyć zależność wr=f(U1) dla pięciu różnych wartości momentów elektromagnetycznych Me.

Przy sterowaniu biegunowym:

R1=100[Ω] U1=50[V] = var Lm=1[H]

R2=30[Ω] U2=50[V] = const

5.

Wyznaczyć zależność Me=f(wr) dla pięciu różnych napięć wzbudzenia U1

Przy sterowaniu biegunowym:

R1=100[Ω] Lm=10[H]

R2=30[Ω] U2=100[V] = const

6.

-Wyznaczyć elektromechaniczną stałą czasową silnika przy sterowaniu twornikowym.

-Wyznaczyć współczynnik tłumienia wewnętrznego „D”.

U1=100 [V] ; U2=100 [V] ; R1=60 [Ω] ; R2=40 [Ω] ; Lm=1 [H] ; M=2 [Nm] ; J=1[Nmsek­­­­­2]

Współczynnik D:

D=R2*[(Lm*U1)/(R1*R2)]^2

Wynik : D=0,07 [Nmsek]

Stała czasowa T:

Korzystając z wyliczonego współczynnika D i wzoru:

T= J/D = R2*J/(Lm*I1)^2

Wynik: T=14,3[s]

Czy moment zewnętrzny wpływa na dynamikę układu ?

Nie, wykresy Wr(t) dla różnych wartość momentu zewnętrznego mają takie same przebiegi, różnią się jedynie wartościami stanu ustalonego.

7.

Należało dobrać tak parametry silnika (przy sterowaniu biegunowym) aby można było zaobserwować jego obie stałe czasowe.

T1=L1/R2

T2=J/D=R2*J/(Lm*I1)^2

T1=33,3 [s]

T2=32,7 [s]

8.

Wpływ Robc i oddziaływania twornika na charakterystykę wyjściową prądnicy tachometrycznej.

9.

Wyznaczyć stałą czasową prądnicy tachometrycznej dla zadanych parametrów.

U1=40 [V]

R1=40 [Ω]

Robc=30 [Ω]

L12=2 [H]

L2=50 [H]

ωr =50 [Obr/s]

Wzór opisujący stałą czasową : T=L2/(R2+Robc)

T = 1,25 [s]

Stała czasowa przedstawiona graficznie :

Wnioski :

Wyznaczone przez nas zależności [ωr = f(U2)] na wykresie mają charakter liniowy i są funkcjami rosnącymi oraz jak mogliśmy zaobserwować moment elektromagnetyczny Me (parametr ten był wykorzystany 3 razy przy tworzeniu wykresów) ma wpływ na te charakterystyki. Zwiększając jego wartość powodujemy obniżanie się wykresu, przy czym współczynnik kierunkowy prostej nie ulega zmianie (jest stały). Patrząc na zależności można stwierdzić, iż moment elektromagnetyczny nie wpływa na dynamikę układu.

W zadaniu nr 3 zajęliśmy się charakterystykami Me = f(ωr). Można zauważyć, że wykresy również mają charakter liniowy ,lecz są to funkcje malejące. Ponadto zwiększanie parametru U2 powoduje przesuwanie wykresu w górę. Wyliczony współczynnik tarcia wewnętrznego D jest w rzeczywistości tgα, gdzie α jest to kąt nachylenia prostej i wynosi w naszym przypadku : D=0,568[Nms/obr]. Jest on niezależny od zmiennego parametru U2, dlatego otrzymane wykresy są do siebie równoległe.

Charakterystyki ωr = f(U1) są hiperbolami. Dla Me=0 wykres zależności ωr = f(U1) maleje od +∝ do 0, natomiast dla Me≥1 wartości rosną od -∝ do 0. Im większa wartość Me tym wykres łagodniej zbliża się do osi X.

Charakterystyki Me = f(ωr) mają charakter liniowy i są to funkcje malejące. Zwiększanie napięcia wzbudzenia (U1) powoduje wzrost kąta nachylenia prostej względem osi X. Dla małych wartości U1 otrzymaliśmy funkcje stałą. Jest to spowodowane faktem, iż otrzymywane wyniki w symulatorze silnika wykonawczego prądu stałego, były zaokrąglane do liczb całkowitych, podczas gdy rzeczywiste wartości ulegały niewielkim zmianom.

Dobraniu parametrów układu by wyznaczyć dwie stałe czasowe dało nam wynik :

T1=33,3 [s]

T2=32,7 [s]

Wartości wyliczone ze wzorów i wykresu są stosunkowo duże jak na silnik prądu stałego, jednak ciężko traktować to jako błąd, gdyż symulator pokazuje wartości dla idealnego silnika prądu stałego.

Wykresy U2(w) dla różnych wartości Robc mają podobne przebiegi. Jednak im większa rezystancja tym większe napięcie U2 dla tych samych wartości obrotów. Na wykresie można też zaobserwować strefę nieczułości odpowiadająca zakresowi prędkości obrotowych, w którym na zaciskach prądnicy brak jest napięcia wyjściowego.

Należy zwrócić uwagę na fakt, iż uzyskane wyniki są prawdziwe dla idealnego silnika wykonawczego prądu stałego. Charakterystyki rzeczywistych silników wykonawczych prądu stałego nie są ściśle liniowe. W naszym symulatorze zostały pominięte m.in. opory występujące w uzwojeniach. Otrzymane wyniki przybliżają nam wartości rzeczywiste silników wykonawczych prądu stałego.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
02 Badania symulacyjne układu napędowego z silnikiem prądu stałego
02 Badania symulacyjne układu napędowego z silnikiem prądu stałego
silniki prądu stałego
silnik pradu stalego
Model silnika pradu stalego id Nieznany
Badanie silnika pradu stałego
silnik prądu stałego (tyrystor), Akademia Morska -materiały mechaniczne, szkoła, Mega Szkoła, szkola
DTR Silnik prądu stałego LD 020 LD 030 LD 055 2
silnik prądu stałego sterowany1, Akademia Morska -materiały mechaniczne, szkoła, Mega Szkoła, szkola
Ściągi z fizyki-2003 r, Silnik prądu stałego i prądnica prądu zmiennego
Silnik prądu stałego sprawko
bezszczotkowy silnik pradu stalego
sprawozdanie silnik prądu stałego obcowzbudny rozruch?z obciążenia na wale pomiary dynamiczne
Ćwiczenie P1, Silnik prądu stałego p1 i
DTR Silnik prądu stałego LDa 280 LDa327a
P1 Silnik prądu stałego formatka
Ćwiczenie P1, Silnik prądu stałego p1 f
laboratorium silniki prądu stałego
Napedy z silnikiem pradu stalego

więcej podobnych podstron