NEAMR

– LABORATORIUM

Działanie maszyny technologicznej napędzanej silnikiem
elektrycznym zasilanym przez falownik pracującej pod obciążeniem
udarowym.

Laboratorium HALA 010NT

Opracował: J.Goliński

Warszawa 2007

2

1.Wstęp

Większość maszyn technologicznych (obrabiarki skrawające, wytłaczarki itp.) oraz

maszyn transportowych (transportery, taśmociągi, wentylatory itp.) pracuje pod obciążeniem
ciągłym lub zmieniającym się w długich odcinkach czasu (czasy zmian obciążenia są liczone
w sekundach lub minutach). Wiedza na temat zakresu zmian obciążenia tych maszyn oraz
znajomość ich charakterystyki mechanicznej umożliwia łatwe dobranie odpowiedniego
silnika elektrycznego oraz zasilającego go falownika.

W przypadku gdy będziemy mieli do czynienia z maszyną, która podczas pracy jest w

krótkim czasie (czas liczony w ułamkach sekund) mocno obciążana (udar) a następnie
obciążenie to równie gwałtownie jest znoszone, dobranie odpowiedniego silnika oraz
zasilającego go falownika staje się zagadnieniem skomplikowanym i wymagającym
eksperymentalnego sprawdzenia. Przykładem tak pracującej maszyny jest prasa mechaniczna.

W ćwiczeniu jest pokazana tylko cześć badań napędu prasy.

Celem ćwiczenia jest:

→

poznanie pracy prasy wyposażonej w silnik zasilany przez falownik

→

poznanie wpływu parametrów pracy falownika (wprowadzonych ustawień – czas

rozruchu i hamowania, częstotliwość napięcia zasilania) na pracę prasy

2.Pojęcia i wiadomości podstawowe

2.1 Szybkobieżność prasy – ilość skoków na minutę.

2.2 Moc czynna

Def.

Mocą czynną nazywa się wartość średnią mocy chwilowej za okres lub

wielokrotność okresu.

Moc chwilowa

( ) ( )

p

u t i t

=

⋅

(2.1)

gdzie: u(t) – chwilowa wartość napięcia [V]

i(t)

– chwilowa wartość prądu [A]

Moc czynna

0

1

( )

T

P

p t dt

T

=

⋅

⋅

∫

[W]

(2.2)

gdzie: T – okres napięcia (prądu) zasilania [s]

2.3 Energia elektryczna – energia elektryczna jaką prasa pobrała w czasie cyklu pracy może

być opisana za pomocą wzoru:

0

( )

cyklu

T

e

E

P t

dt

=

⋅

∫

[J]

(2.3)

gdzie: P – moc czynna w czasie cyklu pracy prasy

T

cyklu

– czas cyklu pracy prasy [s]

3

Interpretacją geometryczną energii elektrycznej jest pole pod wykresem P(t).

2.4 Praca użyteczna – przez pracę użyteczną jest rozumiana praca jaka prasa wykonała na

materiale. Praca ta jest opisana wzorem:

∫

⋅

=

2

1

)

(

s

s

uż

ds

s

F

W

[J]

(2.4)

gdzie: F – siła podczas procesu

s

1,

s

2

– droga, na której działała siła F

Interpretacją geometryczną pracy użytecznej jest pole pod wykresem F(s).

2.5 Sprawność całkowita – przez sprawności całkowitą prasy jest rozumiana zależność:

uż

c

e

W

E

η

=

(2.5)

3.Układ pomiarowy

Rys.3 Schemat układu pomiarowego wykorzystanego w ćwiczeniu: 1-silnik prasy, 2-falownik, 3-
hallotronowy przekładnik napięcia, 4- hallotronowy przekładnik prądu, 5-urządzenie pomiarowe
Spider 8, 6-komputer z oprogramowaniem pomiarowym, 7-dynamometr, 8-czujnik przemieszczenia
WA 100.

Wszystkie zarejestrowane wielkości zostaną zapamiętane jako wartości napięcia lub
częstotliwości, dlatego też należy przeliczyć je na właściwe jednostki. Do tego przeliczenia
służą następujące wzory:
Obroty silnika [obr/s]=0,4x [kHz]
Prąd [A]= 8,9x[V]
Napięcie [V]= 99x[V]
Przemieszczenie (czujnik WA-100) [mm]= 1,25335x[mV]-0,0027
Siła (dynamometr zabudowany na stemplu wykrojnika pomiarowego)

[kN]= -128,587x[mV]-0,628

4

Wszystkie obliczenia należy wykonać za pomocą arkusza kalkulacyjnego.

4.Przebieg ćwiczenia



Należy zarejestrować ruch luzem koła zamachowego



Należy zarejestrować załączenie sprzęgła



Należy zarejestrować pojedyncze spęczanie na ruchu ciągłym

Pomiary należy wykonać dla nastaw falownika (czas rozruchu i hamowania oraz
częstotliwość napięcia zasilania) takich jak w ćwiczeniu 2.

5.Opracowanie wyników

Dane pomiarowe po przeliczeniu za pomocą odpowiednich wzorów powinny zostać

przedstawione graficznie na wykresach. Wykresy powinny przedstawiać:
a.) ruch luzem koła zamachowego [moc czynna, obroty silnika](t)
b.) załączenie sprzęgła [moc czynna, obroty silnika, przemieszczenie suwaka prasy](t)
c.) pojedyncze spęczanie na ruchu ciągłym [moc czynna, obroty silnika, przemieszczenie
suwaka prasy, siła](t)

Wszystkie wykresy powinny być jasno i czytelnie opisane (jednostki) oraz wykonane w takiej
podziałce, która umożliwi ich analizę i porównanie.

Uwaga: Jeżeli pokazanie wszystkich wielkości dla wymienionych przypadków (a-c) na
wykresach opisanych w punktach (a-c) będzie zmniejszało czytelność wykresów jest
dopuszczalne wykonanie kilku wykresów dla danego podpunktu.

Należy policzyć:
1. Energię pobrana przez silnik dla czasu równego T

cyklu

dla przypadków opisanych w

podpunktach (a-c).
2. Należy policzyć sprawność całkowitą dla podpunktu c.
3. Dla podpunktów b i c należy zaznaczyć i obliczyć czas cyklu pracy prasy (czy jest taki
sam?)
4. Należy opisać wszystkie wykresy (co na nich widać, co się dzieje z maszyną itp.)

6.Wnioski

Wnioski należy wyciągnąć na podstawie wykonanych obliczeń i opisów oraz

porównać uzyskane wyniki z co najmniej jednym kolegą (koleżanką) z grupy.

7.Literatura

[1] Bolkowski S. „Podstawy elektrotechniki” WNT 1985
[2] Gogolewski Z. ,Kuczewski Z. „Napęd elektryczny” WNT 1972
[3] Kwiatkowski W. „Miernictwo elektryczne. Analogowa technika pomiarowa” OWPW