Układ napędowy z silnikiem prądu stałego

sterowanym impulsowo

Wstęp teoretyczny

Jako elementy wykonawcze stosuje się silniki prądu stałego ze wzbudzeniem od magnesów

stałych. W takich silnikach można sterować napięciem U

A

za pomocą układów z impulsatorami,

których działanie polega na okresowym włączaniu i odłączaniu stałego napięcia zasilającego
obwód. Regulacji napięcia stosuje się poprzez zmianę częstotliwości impulsowania przy stałej
szerokości impulsów lub zmianę szerokości przy stałej częstotliwości. Wynikiem jest napięcie
średnie.

Cel ćwiczenia i pomiary

Celem ćwiczenia było uzyskanie charakterystyk elektromechanicznych silnika prądu stałego

sterowanego poprzez impulsową regulację napięcia twornika. Do uzyskania tych charakterystyk
zmierzono napięcie twornika, natężenie twornika oraz prędkość kątową dla różnych parametrów, tj.
750 Hz, 5V, w prawo[+] i w lewo[-], 750 Hz, 7 V, w prawo i w lewo, 1250 Hz, 5 V, w prawo i w
lewo, 1250 Hz, 7 V, w prawo i w lewo. Do przeliczenia prędkości wyświetlonej w woltach na
obr/min wykorzystano parametr tachoprądnicy.

Utw

Itw

prędkość w V

Obroty/min

13,4

3,5

5,17

861,7

750 Hz

13,8

4,1

5,15

858,3

5 V

14,2

4,9

5,13

855,0

w prawo

15

6,5

5,09

848,3

14,2

6,6

4,7

783,3

13,9

6,7

4,42

736,7

13,1

6,7

4,05

675,0

12,5

6,7

3,73

621,7

11,5

6,7

2,27

378,3

13,1

3,5

-5,15

-858,3

750 Hz

14,1

5

-5,11

-851,7

5 V

14,5

5,5

-5,09

-848,3

w lewo

15,2

6,9

-5,06

-843,3

13,3

7

-4,1

-683,3

12,7

7

-3,78

-630,0

12,1

7

-3,48

-580,0

11,8

7

-3,34

-556,7

750 Hz

17,8

4

7,12

1186,7

7 V

18,2

4,5

7,11

1185,0

w prawo

19

5,9

7,07

1178,3

18,8

6,5

7,05

1175,0

18,6

6,7

6,68

1113,3

18

6,7

6,38

1063,3

15,8

6,7

5,34

890,0

14,3

6,7

4,63

771,7

17,5

4,1

-7,08

-1180,0

750 Hz

17,6

4,5

-7,09

-1181,7

7 V

18,6

4,7

-7,05

-1175,0

w lewo

18,8

6

-7,04

-1173,3

17,1

7

-5,88

-980,0

14,6

7

-4,64

-773,3

13

3,5

4,97

828,3

1250

13,7

4,5

4,93

821,7

5

14

5

4,92

820,0

w prawo

14,5

5,8

4,89

815,0

14,8

6,5

4,88

813,3

14,6

7,5

4,55

758,3

13,2

7,5

3,86

643,3

13,3

3,5

-5,16

-860,0

1250

13,5

4

-5,15

-858,3

5

14,1

4,7

-5,13

-855,0

w lewo

1

14,5

5,5

-5,12

-853,3

2

15,3

6,5

-5,09

-848,3

3

15,2

7,5

-4,75

-791,7

4

13,4

7,5

-3,84

-640,0

5
6

17,8

3,9

7,07

1178,3

1250

7

18,1

4,5

7,06

1176,7

7

8

18,7

5,5

7,02

1170,0

w prawo

19,3

6,6

6,99

1165,0

18,6

7,2

6,51

1085,0

18

7,2

6,22

1036,7

14,6

7,2

4,55

758,3

17,5

4

-7,05

-1175,0

1250

18,3

5,2

-7,02

-1170,0

7

18,8

6,2

-7

-1166,7

w lewo

19,2

6,9

-6,97

-1161,7

19,5

7,2

-6,95

-1158,3

17,7

7,5

-5,95

-991,7

15,6

7,5

-4,96

-826,7

Parametry

Silnik tarczowy o magnesach trwałych prądu stałego typ ZPTM160 nr fabr. 9370
P

n

= 300 W

U

n

= 50 V

I

n

= 7,75 A

n

n

= 3000 obr/min

Moment obrotowy 0,95 Nm
Stała czasowa elektromechaniczna 52 ms
Moment bezwładności 0,3 g*m

2

Stała napięciowa 14 V/1000obr/min
Stała momentu 0,135 Nm/A
Rezystancja wirnika 0,8 ohm
Indukcyjność wirnika 200 µH
Temperatura wirnika ≤ 150 st. C
Współczynnik tłumienia 3,6 (N*cm)/1000obr/min
Rodzaj pracy S2 30 min
Masa 6 kg

Tachoprądnica 6 V/1000 obr/min

Silnik prądu stałego typ PZOKb 22a fabr. 281073
P

n

= 0,38 kW

U

n

= 230 V

I

n

= 2,45 A

n

n

= 3000 obr/min

I

wzb

= 0,134 A

R

tw

= 7,3 ohm

R

wzb

= 1240 ohm

Obliczenia

Maksymalna wartość prądu twornika:

Δ

Imax=

U

4∗LA∗ ft

, gdzie LA = 200 µH , przy ε = 0,5

Maksymalna wartość pulsacji prędkości kątowej:

Δ Ω

max=

U∗K∗Ti

2

16LA∗J

, dla ε = 0,5

Ile razy jest większa elektromagnetyczna stała czasowa obwodu twornika od okresu impulsowania
czopera?

Maksymalna wartość prądu twornika, przy którym przewodzenie staje się ciągłe:

IAC =

U

RA

(

ε−

e

ε γ

−

1

e

γ

−

1

)

, γ=

Ti

TA

, TA=

LA

RA

Wnioski

Na wykresach dobrze widoczna jest praca układu z prędkościowym sprzężeniem zwrotnym i

ograniczeniem prądowym. W układzie bez sprzężenia zwrotnego wraz ze wzrostem obciążenia
momentem silnika prędkość obrotowa malałaby, dzięki zastosowaniu prędkościowego, sprzężenia
zwrotnego można tego uniknąć. Prądowe ujemne sprzężenie zwrotne stosuje się by ograniczyć prąd
twornika w stanach statycznych i dynamicznych.

W tabeli i na wykresie dobrze widać jak zachowuje się badany układ. Przy obniżaniu prędkości

obrotowej silnika prąd twornika rósł, ale tylko do określonego momentu, w którym prędkość
gwałtownie się obniżała. Wraz ze wzrostem natężenia twornika rosło też napięcie, ale tylko do
pewnej granicznej wartości, potem spada.