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.
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.
