Sadowy Andrzej

Rzeszów 3. 11. 2009 r.

Pyszczek Przemysław
Stręk Michał
Ptak Tomasz
ET-DI2
L 07

MEMS i mikronapędy

Sprawozdanie z laboratorium nr 2.

Temat: Badanie napędu z silnikiem bezszczotkowym prądu stałego (BLDC)

1. Schemat układu pomiarowego oraz krótki opis

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, zasadą działania oraz sposobem

sterowania 3-pasmowego silnika bezszczotkowego prądu stałego z komutacją elektroniczną
(BLDC). W układzie sterowania zastosowano fabryczny sterownik firmy Advanced Motion
Controls typu BE30A8. Regulację prędkości obrotowej i zmianę kierunku wirowania
dokonuje się przy pomocy jednego potencjometru. Detekcja położenia wirnika odbywa się
przy pomocy trzech czujników Halla.

2. Tabela pomiarowa

Pomiary przy pierwszym położeniu potencjometru:

I[A]

I

1

[A]

U

1

[V]

I

2

[A]

U

2

[V]

n[rpm/min]

0,08

0,8

56

0,04

175

1547

0,08

0,8

56

0,09

175

1547

0,08

1,3

56

0,19

165

1539

0,08

1,4

56

0,23

160

1539

0,08

1,7

56

0,31

155

1536

0,08

1,7

56

0,36

150

1538

0,08

1,8

56

0,41

145

1537

0,08

2,1

56

0,46

140

1537

0,08

2,3

56

0,5

130

1536

0,08

2,3

56

0,55

125

1536

𝑃

𝑜𝑢𝑡

= 𝑈

2

∗ 𝐼

2

= 175 𝑉 ∗ 0,04 𝐴 = 7 𝑊

𝑃

𝑖𝑛

= 𝑈

1

∗ 𝐼

1

= 56 𝑉 ∗ 0,8 𝐴 = 44,8 𝑊

𝑇

𝐿

=

9,55 ∗ 𝑃

𝑜𝑢𝑡

𝑛

=

9,55 ∗ 7

1547

=

191

4420

≈ 0,0432 𝑁𝑚

ɳ

𝑤𝑦𝑝

=

𝑃

𝑜𝑢𝑡

𝑃

𝑖𝑛

∗ 100% =

7

44,8

∗ 100% =

5

32

∗ 100% ≈ 15,63%

P

in

[W]

P

out

[W]

ɳ [%]

T

L

[Nm]

44,8

7

15,63

0,0432

44,8

15,75

35,16

0,0972

72,8

33,25

45,67

0,2063

78,4

36,8

46,94

0,2284

95,2

48,05

50,47

0,2987

95,2

54

56,72

0,3353

100,8

59,45

58,98

0,3694

117,6

64,4

54,76

0,4001

128,8

65

50,47

0,4041

128,8

68,75

53,58

0,4274

Pomiary przy drugim położeniu potencjometru:

I[A]

I

1

[A]

U

1

[V]

I

2

[A]

U

2

[V]

n[rpm/min]

0,08

0,4

56

0,02

100

890,2

0,08

0,4

56

0,04

100

889

0,08

0,45

56

0,07

100

887,8

0,08

0,5

56

0,1

95

887

0,08

0,6

56

0,15

95

885,7

0,08

0,7

56

0,17

90

884

0,08

0,7

56

0,2

90

885,2

0,08

0,8

56

0,24

87

885

0,08

0,9

56

0,3

85

882,7

0,08

0,95

56

0,34

80

882

𝑃

𝑜𝑢𝑡

= 𝑈

2

∗ 𝐼

2

= 100 𝑉 ∗ 0,02 𝐴 = 2 𝑊

𝑃

𝑖𝑛

= 𝑈

1

∗ 𝐼

1

= 56 𝑉 ∗ 0,4 𝐴 = 22,4 𝑊

𝑇

𝐿

=

9,55 ∗ 𝑃

𝑜𝑢𝑡

𝑛

=

9,55 ∗ 2

890,2

=

191

8902

≈ 0,0215 𝑁𝑚

ɳ

𝑤𝑦𝑝

=

𝑃

𝑜𝑢𝑡

𝑃

𝑖𝑛

∗ 100% =

2

22,4

∗ 100% =

5

56

∗ 100% ≈ 8,93%

P

in

[W]

P

out

[W]

ɳ [%]

T

L

[Nm]

22,4

2

8,93

0,0215

22,4

4

17,86

0.043

25,2

7

27,78

0,0753

28

9,5

33,93

0,1023

33,6

14,25

42,41

0,1536

39,2

15,3

39,03

0,1653

39,2

18

45,92

0,1942

44,8

20,88

46,61

0,2253

50,4

25,5

50,6

0,2759

53,2

27,2

51.13

0,2945

Pomiary przy trzecim położeniu potencjometru:

I[A]

I

1

[A]

U

1

[V]

I

2

[A]

U

2

[V]

n[rpm/min]

0,08

0,1

56

0,005

25

209,1

0,08

0,1

56

0,01

22

210,5

0,08

0,1

56

0,015

22

209,1

0,08

0,1

56

0,02

22

210,2

0,08

0,1

56

0,04

21

209,1

0,08

0,1

56

0,05

21

210,6

0,08

0,1

56

0,06

20

209,2

0,08

0,1

56

0,07

20

208,5

0,08

0,1

56

0,08

20

209,6

𝑃

𝑜𝑢𝑡

= 𝑈

2

∗ 𝐼

2

= 25 𝑉 ∗ 0,005 𝐴 = 0.125 𝑊

𝑃

𝑖𝑛

= 𝑈

1

∗ 𝐼

1

= 56 𝑉 ∗ 0,1 𝐴 = 5,6 𝑊

𝑇

𝐿

=

9,55 ∗ 𝑃

𝑜𝑢𝑡

𝑛

=

9,55 ∗ 0,125

209,1

=

191

33456

≈ 5,71 ∗ 10

−3

𝑁𝑚

ɳ

𝑤𝑦𝑝

=

𝑃

𝑜𝑢𝑡

𝑃

𝑖𝑛

∗ 100% =

0,125

5,6

∗ 100% =

5

224

∗ 100% ≈ 2,23%

P

in

[W]

P

out

[W]

ɳ [%]

T

L

[Nm]

5,6

0,125

2,23

5,71 ∗ 10

−3

5,6

0,22

3,93

9,98 ∗ 10

−3

5,6

0,33

5,89

15,07 ∗ 10

−3

5,6

0,44

7,86

19,99 ∗ 10

−3

5,6

0,84

15

38,36 ∗ 10

−3

5,6

1,05

18,75

47,61 ∗ 10

−3

5,6

1,2

21,43

54,78 ∗ 10

−3

5,6

1,4

25

64,12 ∗ 10

−3

5,6

1,6

28,57

72,9 ∗ 10

−3

3. Charakterystyki:


Pomiary przy pierwszym położeniu potencjometru:

Wykres obrotów silnika w funkcji momentu:

Wykres sprawności silnika w funkcji momentu:

1534

1536

1538

1540

1542

1544

1546

1548

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

n

[

rp

m

/m

in

]

TL[Nm]

n=f(T

L

)

0

10

20

30

40

50

60

70

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

n

[

%

]

TL [Nm]

Sprawność w funkcji momentu

Wykres przebiegu prądu zasilającego w funkcji momentu:

Przebieg mocy wyjściowej w funkcji momentu:

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

I

1

[A

]

TL [Nm]

I

1

= f(T

L

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

P

o

u

t

[W]

TL [Nm]

P

out

= f(T

L

)

Pomiary przy drugim położeniu potencjometru:

Wykres obrotów silnika w funkcji momentu:

Wykres sprawności silnika w funkcji momentu:

881

882

883

884

885

886

887

888

889

890

891

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

n

[

rp

m

/m

in

]

TL [Nm]

n=f(TL)

0

10

20

30

40

50

60

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

n

[

%

]

TL [Nm]

Sprawność w funkcji momentu

Wykres przebiegu prądu zasilającego w funkcji momentu:

Przebieg mocy wyjściowej w funkcji momentu:

Pomiary przy trzecim położeniu potencjometru:

Wykres obrotów silnika w funkcji momentu:

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

I1

[

A

]

TL [Nm]

I

1

=f(TL)

0

5

10

15

20

25

30

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

P

o

u

t

[W

]

TL [Nm]

P

out

= f(TL)

Wykres sprawności silnika w funkcji momentu:

200

202

204

206

208

210

212

0

10

20

30

40

50

60

70

80

n

[

rp

m

/m

in

]

TL [mNm]

n=f(TL)

0

5

10

15

20

25

30

0

10

20

30

40

50

60

70

80

n

[

%

]

TL [mNm]

Sprawność w funkcji momentu

Wykres przebiegu prądu zasilającego w funkcji momentu:

Przebieg mocy wyjściowej w funkcji momentu:

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0

10

20

30

40

50

60

70

80

I1

[

A

]

TL [mNm]

I1=f/(TL)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

P

o

u

t

[W]

TL [mNm]

Pout = f(TL)

4. Przebiegi z oscyloskopu:

Przebiegi napięć przy braku obciążenia gdy n=1559[rpm/min]:

Przebiegi napięć przy obciążeniu gdy n=1549[rpm/min]:

Przebiegi prądów i napięć podczas rozruchu silnika:

5. Wnioski:

W ćwiczeniu tym badaliśmy silnik bezszczotkowym prądu stałego (BLDC). Silnik ten

charakteryzuje się dobrymi parametrami mechanicznymi. Jego obroty nie ulegały większym
zmiana podczas zmiany obciążenie, świadczy to o jego dobrych parametrach dynamicznych.
Silniki typu BLDC pod względem sprawności nie charakteryzują się dobrymi parametrami
gdyż wartość sprawności dla tych silników oscyluje w granicach około 50-60%.
Ważna cechą silników tego typu jest fakt iż wraz ze wzrostem momentu obrotowego jego
parametry takie jak moc wyjściowa czy sprawność ulęgają wzrostowi.