Gliwice, 16.12.2009r.

Temat laboratorium:

Silnik wykonawczy prądu stałego (SWPS)

Automatyka i Robotyka sem. III,

grupa 3, sekcja 1

1 Antas  Tomasz

2 Cedrych  Dawid

3 Charuza  Bartosz

4 Domagała Michał

5 Dudkiewicz  Radosław

6 Furman  Łukasz

7 Firek Dariusz

8 Garyga   Tomasz

9 Głódkowski  Piotr

10 Iwański Mateusz

11 Kuc Artur

12 Korbela Robert

13 Korus  Michał

Data wykonania ćwiczenia: 9.12.2009r.

• 1 Wstęp teoretyczny

Silnik wykonawczy prądu stałego (SWPS) jest silnikiem elektrycznym zasilanym prądem stałym i służy do zamiany energii elektrycznej na energię mechaniczną . Znajduje zastosowanie w układach napędowych automatyki.

Od tego typu układów oczekuje się dużej szybkości działania, dobrych charakterystyk dynamicznych, dużego momentu rozruchowego, możliwości pracy przy braku ruchu wirnika, dokładnej stabilizacji wielkości takich jak moment obrotowy prędkość obrotowa, kąt obrotu. Układy powinny charakteryzować się małymi wymiarami oraz trwałą konstrukcją.

Silnik posiada cechę charakterystyczną w swojej budowie, a mianowicie komutator. Zjawisko komutacji to zmiana kierunku prądu w zwoju zwartym przez szczotkę. Uzwojenie stojana jest skupione i umieszczone na biegunach, a uzwojenia wirnika jest ułożone w żłobkach. Komutator jest umieszczony na wale wirnika, a poszczególne punkty uzwojenia wirnika są połączone z komutatorem.

Do komutatora przylegają nieruchome szczotki. W taki sposób zrealizowane jest galwaniczne połączenie obracających się uzwojeń wirnika z nieruchomym obwodem zewnętrznym, który jest umieszczony w osi prostopadłej do osi biegunów głównych. Obracające się uzwojenie wytwarza pole magnetyczne działające wzdłuż osi szczotek. Kiedy zwój podchodzi pod szczotkę, wówczas następuje zmiana kierunku prądu płynącego przez zwój na przeciwny.

Silniki tego rodzaju możemy sterować od strony twornika (sterowanie twornikowe) oraz od strony biegunów (sterowanie biegunowe).

• 2 Obiekt badany: parametry.

• typ silnika: SB-4

• napięcie znamionowe: 110 [V]

• prąd znamionowy: 0,5 [A]

• moment na wale: 650 [Gcm]

• znamionowa prędkość obrotowa: 3600 [obr/min]

• moc oddawana: 24 [W]

• oporność uzwojenia stojana: 1400 ± 130 [Ω]

• oporność uzwojenia wirnika: 46 ± 4,6 [Ω]

• ciężar: 1,25 [kG]

• 3 Schemat badanego silnika i układu pomiarowego.

Oznaczenia:

IMC - indukcyjny miernik częstotliwości,

H - hamulec indukcyjny,

F - miernik częstotliwości.

4 Program ćwiczenia

1. Zdjąć charakterystyki robocze silnika: I_w [mA], I_s [mA], β [º] = f(f_m[s^-1]), dla:

α=1, U_w = 60 [V], U_s = 60 [V], gdzie α = U_s/ U_w,

α=2/3, U_w = 60 [V], U_s = 40 [V],

α=1/2, U_w = 60 [V], U_s = 30 [V].

Zmieniać β od 0º do 6º co 2º.

2. Zdjąć charakterystyki regulacyjne silnika: I_w [mA], I_s [mA], f_m[s^-1] = f(U_s [V]), przy

U_w = 60 [V] dla M, któremu odpowiadają położenia ciężarków:

β = 0º, 2º, 4º. Napięcie U_s zmianiać od 60 [V] do 10 [V] co 10 [V].

5 Zestawienie w tabeli wyników pomiarów oraz wyznaczone wielkości mocy.

Uw	Iw [A]	Pw	Us	Is [A]	Ps	Pm	M [Gcm]	ß	n	η
[V]			[W]		[V]			[W]	[W]			[º]	[obr/min]		beta w rad
60	0,045	2,7	60	0,060	3,60	0	0	0	3140	0	0
60	0,045	2,7	60	0,090	5,40	1,586182	52,34925	2	3030	0,195825	0,0349
60	0,050	3,0	60	0,130	7,80	3,097187	104,6347	4	2960	0,286777	0,0698
60	0,045	2,7	60	0,160	9,60	4,546988	156,7927	6	2900	0,369674	0,105
60	0,045	2,7	40	0,060	2,40	0	0	0	2100	0	0
60	0,045	2,7	40	0,100	4,00	1,054837	52,34925	2	2015	0,157438	0,034907
60	0,045	2,7	40	0,125	5,00	1,982828	104,6347	4	1895	0,25751	0,069813
60	0,045	2,7	40	0,160	6,40	2,814429	156,7927	6	1795	0,309278	0,10472
60	0,045	2,7	30	0,060	1,80	0	0	0	1520	0	0
60	0,045	2,7	30	0,080	2,40	0,761682	52,34925	2	1455	0,149349	0,034907
60	0,045	2,7	30	0,110	3,30	1,419893	104,6347	4	1357	0,236649	0,069813
60	0,045	2,7	30	0,155	4,65	1,795276	156,7927	6	1145	0,244255	0,10472
60	0,040	2,4	60	0,06	3,6	0	0	0	3220	0	0
60	0,040	2,4	50	0,06	3	0	0	0	2675	0	0
60	0,040	2,4	40	0,06	2,4	0	0	0	2100	0	0
60	0,040	2,4	30	0,05	1,5	0	0	0	1530	0	0
60	0,040	2,4	20	0,05	1	0	0	0	960	0	0
60	0,040	2,4	10	0,05	0,5	0	0	0	460	0	0
60	0,040	2,4	60	0,1	6	1,635914	52,34925	2	3125	0,194752	0,034907
60	0,040	2,4	50	0,1	5	1,324436	52,34925	2	2530	0,178978	0,034907
60	0,040	2,4	40	0,09	3,6	1,037562	52,34925	2	1982	0,172927	0,034907
60	0,040	2,4	30	0,09	2,7	0,732889	52,34925	2	1400	0,143704	0,034907
60	0,040	2,4	20	0,08	1,6	0,440257	52,34925	2	841	0,110064	0,034907
60	0,040	2,4	10	0,08	0,8	0,175893	52,34925	2	336	0,054967	0,034907
60	0,040	2,4	60	0,13	7,8	3,149505	104,6347	4	3010	0,308775	0,069813
60	0,040	2,4	50	0,12	6	2,612729	104,6347	4	2497	0,311039	0,069813
60	0,040	2,4	40	0,12	4,8	1,975503	104,6347	4	1888	0,274375	0,069813
60	0,040	2,4	30	0,12	3,6	1,388503	104,6347	4	1327	0,231417	0,069813
60	0,040	2,4	20	0,12	2,4	0,822429	104,6347	4	786	0,171339	0,069813
60	0,040	2,4	10	0,11	1,1	0,315997	104,6347	4	302	0,090285	0,069813

6 Charakterystyki

Sporządzono następujące rodziny charakterystyk roboczych:

Wyznaczono następujące rodziny charakterystyk regulacyjnych:

7 Wnioski

Za pomocą aproksymacji liniowej uzyskaliśmy liniowe wykresy rodziny charakterystyk roboczych oraz regulacyjnych. Łatwo możemy zaobserwować że odchylenia punktów które odpowiadają za rzeczywiste wyniki pomiarów znajdują się blisko prostej aproksymującej co oznacza że wyniki są bliskie idealnej charakterystyce.

Podczas wykonywania pomiarów mogło dojść do błędów wynikających z niedokładności płynnej regulacji potencjometru oraz błędu paralaksy. To mogło spowodować nieidealność charakterystyk.

Charakterystykami najbardziej zbliżonymi do idealnej są :

Dla charakterystyk roboczych: mechaniczne mocy sterowania

• Dla charakterystyk regulacyjnych: sterowania, mocy wzbudzenia oraz sprawności.

• Warto zauważyć że charakterystyki dla alfa =1/2 są mniej liniowe niż dla pozostałych alfa w przypadku charakterystyk mechanicznych.

Niestety sporym błędem wynikającym z przyczyn podanych powyżej obciążona jest rodzina roboczych charakterystyk wzbudzenia.

Zmierzone napięcie utyku wyniosło 3V.

Jak wynika z przeprowadzonych przez nas pomiarów i obliczeń, sprawność silnika wykonawczego prądu stałego silnie zależy od momentu M na wale oraz od napięcia sterującego. Dla obu parametrów sprawność zachowuje się podobnie, czyli przy zwiększaniu kąta odchylania ciężarka (z którym wiąże się wartość momentu M) oraz przy zwiększaniu napięcia sterującego Us sprawność rośnie. Największą sprawność osiągającą wartość równą prawie 0.37 uzyskaliśmy dla największego badanego przez nas kąta odchylenia równego 6º, oraz dla największego napięcia sterującego Us=60V. Jak wynika z zamieszczonej przez nas charakterystyki sprawności, która nie jest liniowa, sprawność rośnie, ale tylko do pewnego momentu, w którym osiągamy maksymalną jej wartość dla zadanych parametrów. Wnioskujemy zatem, że nie istnieje silnik wykonawczy prądu stałego idealny, dla którego sprawność wynosiłaby 1.

---