Politechnika Świętokrzyska Laboratorium napędu elektrycznego
Ćwiczenie Numer 1	Temat: Badanie silnika obcowzbudnego prądu stałego.	1.Chojnacki Andrzej 2.Dukat Piotr 3.Dobrowolski Daniel 5.Chęcinski Paweł
Data oddania: 21.04.1998	Data wykonania: 7.04.1998	Ocena:

1.Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z możliwościami rozruchu i hamowania silnika obcowzbudnego. Naszym zadaniem był dobór rozrusznika, a także znalezienie czasu nastaw przekaźników czasowych.

2.Schemat obwodu głównego:

3.Schemat obwodu sterowania:

4.Równania logiczne dla układów sterowania:

SL = WYŁ ∩ ( ZAŁ ∪ SL ) ∩ SLH ∩ HAM

PC1 = WYŁ ∩ SL

SR1 = WYŁ ∩ PC1

PC2 = WYŁ ∩ SR1

SR2 = WYŁ ∩ PC2

SLH = WYŁ ∩ ( HAM ∪ SLU ) ∩ PCH ∩ SL ∩ ZAŁ

PCH = WYŁ ∩ SLH

5. Dobór rezystancji rozruchowych i rezystora hamowania przeciwwłączeniem. Wyznaczanie czasów rozruchu i hamowania:

Dane znamionowe silnika:

P_n = 5,5 kW

U_n = 220 V

I_n = 28,8 A

n_n = 1450 obr/min

- DOBÓR ROZRUSZNIKA:

Przypadek 1:

Dane zadania:

I_R=25A

I_St=0,1I_n=2,88A

k=2-stopnie rozruchu

J=2,5kgm²

Sprawność znamionowa i rezystancja twornika:

Rezystancja stopnia pierwszego:

Wyznaczony prąd przełączenia:

Spełnia warunek:

Rezystancja stopnia drugiego :

Wartości rezystorów rozruchowych:

Wyznaczanie czasów przełączeń:

Całkowity czas rozruchu:

T_M=0,68s

t_c=t₁+t₂+3T_M=30,2s

Przypadek 2:

Dane zadania:

I_R=25A

I_St=0,1I_n=2,88A

J=2,5kgm²

k=3 - stopnie rozruchu

Rezystancja stopnia pierwszego:

R_I=8,8Ω

Wyznaczony prąd przełączenia:

I_p=9,61A

Rezystancja stopnia drugiego :

R_II=3,38Ω

Rezystancja stopnia trzeciego:

R_III=1,29Ω

Wartości rezystorów rozruchowych:

r₁=5,42Ω

r₂=2,08Ω

r₃=0,79Ω

Wyznaczanie czasów przełączeń:

t₁=13,3s

t₂=5,11s

t₃=1,96s

t_c=22,4s

Przypadek 3:

Dane zadania:

I_R=25A

I_St=0,2I_n=5,76A

J=2,5kgm²

k=2 - stopnie rozruchu

Wyznaczony prąd przełączenia:

I_p=5,96A nie spełnia warunku:

dlatego przyjęto k=3 - stopni rozruchu

I_p=9,61A

wyliczone rezystory rozrusznika, oraz czasy rozruchów takie same jak w przypadku 2

Przypadek 4:

Dane zadania:

I_R=25A

I_St=0,1I_n=2,88A

J=5kgm²

k=2 - stopnie rozruchu

Wyznaczony prąd przełączenia:

I_p=9,61A

Rezystancja stopnia pierwszego:

R_I=8,8Ω

Rezystancja stopnia drugiego :

R_II=2,1Ω

Wartości rezystorów rozruchowych:

r₁=6,7Ω

r₂=1,6Ω

Wyznaczanie czasów przełączeń:

t₁=47,6s

t₂=11,4s

t_c=59,6s

- DOBÓR REZYSTORA DODATKOWEGO DLA HAMOWANIA SILNIKA:

Przypadek 1:

Hamowanie przeciwwłączeniem, I_ph= -25A

Prędkość początkowa hamowania:

Rezystancja hamowania:

Prąd końcowy hamowania:

Czas hamowania:

t_h=14,2s

Rezystor dodatkowy hamowania:

R_dh=R_h-R_I=8,7Ω

Przypadek 2:

Hamowanie przeciwwłączeniem, I_ph= -35A

Prędkość początkowa hamowania:

ω^I_a=161,9 1/s

Rezystancja hamowania:

R_h=12,5Ω

Prąd końcowy hamowania:

I_kh= -17,6A

Czas hamowania:

t_h=10,5s

Rezystor dodatkowy hamowania:

R_dh=3,73Ω

Przypadek 3:

Hamowanie dynamiczne, I_ph= -25A

Prędkość początkowa hamowania:

ω^I_a=161,9 1/s

Rezystancja hamowania:

R_h=8,77Ω

Prąd końcowy hamowania:

I_kh= 0

Czas hamowania:

t_h=20s

Wnioski:

Wykonywane ćwiczenie polegało na dobraniu rozrusznika, dodatkowego rezystora do hamowania przeciwwłączeniem dla silnika obcowzbudnego prądu stałego. W ćwiczeniu ustalaliśmy również czas ustawiany na przekaźnikach czasowych, gdyż rozruchu dokonywaliśmy w funkcji czasu.

Przed przystąpieniem do części praktycznej, rozważaliśmy teoretycznie zachowanie się silnika w różnych przypadkach. Punktem odniesienia były wyniki w przypadku 1, w którym dobieraliśmy rozrusznik o k=2 st. rozruchu, I_R=25A, J=2,5kgm², I_st=0,1I_n, I_ph=25A.

Dla przypadku 2 zmieniliśmy stopnie rozruchu do k=3. Widać, że łączny czas rozruchu zależy od liczby stopni rozruchu, wraz z ich wzrostem, rośnie też wartość prądu przełączenia I_p, a co za tym idzie czas działania poszczególnych przekaźników maleje. Dla rozrusznika o 2 stopniach (przypadek 1) t_c=30,2s, natomiast dla 3 stopni przy pozostałych parametrach niezmienionych t_c=22,4s. Wartość rezystancji R_I pierwszego stopnia rozruchu pozostaje bez zmian w obu przypadkach, pozostałe stopnie różnią się od siebie. Wadą rozrusznika wielostopniowego jest konieczność zastosowania większej liczby przekaźników.

Dla przypadku 3, przy k, I_p, I_R=const. rośnie prąd I_st. W naszym zadaniu I_st wzrosło tak, że nie spełniony został warunek I_P≥1,2I_st, dlatego zwiększono stopnie rozruchu silnika do k=3. Z analizy tego przypadku można wyciągnąć wniosek, że wraz ze wzrostem I_st, czas rozruchu silnika rośnie. Jest to zgodne z zależnością M_e −M_st=Jdω/dt. Wraz ze wzrostem momentu statycznego M_st różnica M_e-M_st , zatem przyspieszenie układu przy J=const. również maleje, a czas rozruchu rośnie.

W następnym punkcie (przypadek 4) dwukrotnie uległ zmianie moment bezwładności silnika J=5kgm². Wzrost momentu ma bezpośredni wpływ na stałe czasowe rozrusznika. Stała czasowa T_MI wzrośnie, zatem prąd silnika będzie wolniej dochodził do wartości ustalonej I_u. Przy tym samym czasie nastawionym na przekaźnikach czasowych, prąd silnika nie osiągnie wartości oczekiwanej I_p, ale przekaźnik przełączy rozrusznik na następny stopień. Prąd, który popłynie przez silnik, może okazać się znacznie większy niż prąd I_R. Na następnym stopniu będzie zachodziło podobne zjawisko(analiza przeprowadzona jest również na dołączonym wykresie). Taki stan jest bardzo niebezpieczny dla silnika.

Następnym punktem ćwiczenia był dobór rezystora do hamowania przeciwwłączeniem i dynamicznego. Hamowanie przeciwwłączeniem rozpatrywaliśmy dla dwóch różnych wartości prądu początkowego hamowania: I_ph=-25A(przypadek 1), I_ph=-30A(przypadek 2). Na podstawie wyliczeń możemy stwierdzić, że wraz ze wzrostem prądu I_ph, maleje czas hamowania, oraz rezystancja dodatkowa hamowania(charakterystyka nachylona pod mniejszym kątem).

Przy hamowaniu dynamicznym i prądzie I_ph=-25A czas hamowania wynosi t_h=20s i jest dłuższy od czasu hamowania z przypadku 1. Potrzeba przy tym mniejszej rezystancji dodatkowej.

Praktycznego rozruchu silnika dokonaliśmy na podstawie obliczeń przypadku 1. Rezystancja nastawiona rozrusznika r₁=6,6Ω, r₂=1,62Ω, r_h=8,7Ω. Jako wynik doświadczenia otrzymaliśmy przebiegi prądu i prędkości w funkcji czasu. Z otrzymanych przebiegów widać, że prąd I_R nie jest taki sam we wszystkich przypadkach, ale po przełączeniu z 1 stopnia na 2 stopień otrzymujemy prąd I_R^'< I_R. Przy drugiej próbie zwiększyliśmy czas zadziałania przekaźnika, co spowodowało wyrównanie się prądów. Niedokładność ta wynika z niedokładności nastawienia czas zadziałania przekaźnika, a także niedokładności nastawienia rezystancji rozrusznika. Przy hamowaniu przeciwwłączeniem widać, że silnik osiąga prędkość 0, natomiast pozostaje jeszcze końcowa wartość prądu hamowania.

M

+

-

r_h

r₁

r₂

SH

SR₁

SR₂

SL

SLH

WR

PCH

SLH

SR2

PC2

SR1

PC1

SLH

SLH

ZAŁ

SL

PCH

HAM

PC2

SR1

PC1

SL

SL

SL

SLH

HAM

ZAŁ

WYŁ

---