background image

 

1.  Cel ćwiczenia 

Zapoznanie się z układem regulacji prędkości obrotowej na stały moment oraz  wyznaczenie 

charakterystyk regulacyjnych.  

2.  Wstęp 

 

Prędkość idealnego biegu jałowego silnika indukcyjnego jest określona wzorem: 

1

2

0

1

2

1

2

2

1

;

b

f

U

m

p

π

ω

ω ω ω

ω

=

+ ℑ

= +

Ψ

 

Zgodnie z równaniem mamy trzy sposoby regulacji prędkości kątowej silników indukcyjnych: 

 

zmiana częstotliwości zasilania stojana 

1

f

 

zmiana liczby par biegunów 

b

p

 , 

 

zasilanie wirnika silnika pierścieniowego (

2

0

U

) lub zmiana częstotliwości prądów  

wirnika 

2

f

Podczas gdy zmiana liczby par biegunów wymaga specjalnego uzwojenia Dahlander’a , to 

dwie pozostałe metody wymagają zmiany częstotliwości i modułu napięcia uzyskiwanych 

poprzez stosowanie przekształtników zasilających stojan lub wirnik. 

 

W tym ćwiczeniu zajmiemy się regulacją poprzez zmianę napięcia w wirniku silnika, w celu uproszczenia 

układu w obwodzie wirnika zastosowany jest mostek prostowniczy. Poprzez ten zabieg nie mamy 

możliwości regulacji prędkości poprzez zmianę częstotliwości w wirniku, pozostaje tylko zmiana napięcia. 

Politechnika Świętokrzyska 

Katedra Energoelektroniki 

Laboratorium Napędu Elektrycznego i Automatyki Napędu 

Ćwiczenie nr: 4 

Temat: Badanie kaskady stało momentowej w układzie otwartym. 

Specjalność: automatyka 

Grupa: 303B   Zespół: 2 

1.Kopyt Damian 

2.Daniel Bednarski 

3.Karol Białek 

4.Jarosław Jadwiżyc 

5.Paweł Kaleta

 

Data wykonania: 

11.01.2010

 

Data oddania: 

25.01.2010

 

Ocena

background image

 

 

 

 

 

Charakterystyka regulacyjna przy regulacji prędkości obrotowej w układzie kaskadowym na stały moment 
przy regulacji  

2

2

/

U

f

 oraz obciążeniu stało momentowym. 

 

 

 

 

 Charakterystyka regulacyjna przy regulacji prędkości obrotowej w układzie kaskadowym na stały moment 
przy regulacji  

2

U

 oraz obciążeniu stało momentowym. 

 

 

 

Charakterystyka regulacyjna przy regulacji prędkości obrotowej w układzie kaskadowym na stałą moc.  

[ ]

e

M

Nm

[

]

/

rad s

ω

 

K

M

H

M

 

30

ω

 

20

ω

 

10

ω

 

3H

ω

 

H

ω

1H

ω

[ ]

e

M

Nm

K

M

H

M

 

30

ω

 

20

ω

 

10

ω

 

3H

ω

 

H

ω

1H

ω

Zakres możliwy do 
przebadania na zajęciach 

[

]

/

rad s

ω

 

[ ]

e

M

Nm

[

]

/

rad s

ω

 

K

M

 

H

M

 

30

ω

 

20

ω

 

10

ω

 

3H

ω

 

H

ω

1H

ω

background image

 

3.  Schemat układu pomiarowego 

 

 

Schemat układu regulacji stało momentowej. 

4.  Tabele pomiarowe 

a)  regulacyjna 

Lp. 

1

P

W

 

2

P

W

 

Pt

W

 

DC

I

 

DC

U

 

1

f

I

 

1

I

 

TG

U

 

n

 

ω

 

e

M

 

[

]

W

 

[

]

W

 

[

]

W

 

[ ]

A

 

[ ]

V

 

[ ]

A

 

[ ]

A

 

[ ]

V

 

obr

m

 

rad

s

 

[ ]

Nm

 

345  1800  1455 

0,6 

150 

6,8 

∞ 

510 

390 

-120 

1,5 

66 

22 

550 

57,6 

6,77 

510 

420 

-90 

53 

26 

650 

68,1 

6,17 

540 

480 

-60 

41 

29 

725 

75,9 

6,32 

555 

525 

-30 

2,1 

30 

32 

800 

83,8 

6,27 

555 

540 

-15 

2,4 

26 

34 

850 

89,0 

6,07 

555 

594 

39 

2,5 

21 

7,2 

35 

875 

91,6 

6,48 

570 

600 

30 

2,7 

15 

7,2 

36 

900 

94,2 

6,37 

 
 

 

Tg 

L1 

L2 

L3 

S

3

 

S

2

 

TR 

W

1

 

W

2

 

U

tg

 

L

d

 

I

DC

 

U

DC

 

I

1

 

I

2

 

S

1

 

U

obc 

I

obc

 

I

wzb

 

 

W

PT

=W

2

-W

1

 

background image

 

 

b)  dla dwóch wstępnie zadanych prędkości 

Lp. 

1

P

W

 

2

P

W

 

Pt

W

 

DC

I

 

DC

U

 

1

f

I

 

1

I

 

TG

U

 

n

 

obc

I

 

obc

U

 

wzb

I

 

ω

 

e

M

 

[

]

W

 

[

]

W

 

[

]

W

 

[ ]

A

 

[ ]

V

 

[ ]

A

 

[ ]

A

 

[ ]

V

 

obr

m

 

[ ]

A

 

[ ]

V

 

[

]

mA

 

rad

s

 

[ ]

Nm

 

510 

435 

-75 

1,8 

48 

27 

675 

70,69 

7,22 

540 

465 

-75 

52 

26 

650 

1,5 

100 

50 

68,07 

7,93 

600 

525 

-75 

2,5 

58 

24 

600 

2,1 

120 

100 

62,83 

9,55 

720 

615 

-105 

66 

7,2 

22 

550 

2,9 

150 

150 

57,60 

12,50 

810 

720 

-90 

3,5 

74 

7,5 

19 

475 

3,2 

165 

200 

49,74 

16,28 

840 

765 

-75 

80 

7,5 

18 

450 

3,4 

170 

225 

47,12 

17,83 

900 

810 

-90 

4,25 

84 

7,8 

5,2 

16 

400 

3,5 

175 

250 

41,89 

21,49 

990 

870 

-120 

4,9 

92 

5,2 

14 

350 

3,5 

177 

300 

36,65 

27,01 

540 

585 

45 

2,6 

16 

7,2 

36 

900 

53 

94,25 

5,73 

600 

675 

75 

20 

7,2 

35 

875 

2,1 

110 

50 

91,63 

6,55 

720 

780 

60 

3,4 

26 

7,4 

33 

825 

160 

100 

86,39 

8,33 

810 

900 

90 

35 

7,6 

30 

750 

180 

150 

78,54 

10,31 

930  1050  120 

4,5 

42 

7,8 

5,2 

28 

700 

4,25  225 

175 

73,30 

12,69 

990  1110  120 

4,9 

48 

5,2 

27 

675 

4,5 

234 

200 

70,69 

14,01 

1050  1200  150 

5,25 

54 

5,2 

25 

625 

4,8 

242 

225 

65,45 

16,04 

 

c)  dla stałej prędkości 

Lp. 

1

P

W

 

2

P

W

 

Pt

W

 

DC

I

 

DC

U

 

1

f

I

 

1

I

 

TG

U

 

n

 

obc

I

 

obc

U

 

wzb

I

 

ω

 

e

M

 

[

]

W

 

[

]

W

 

[

]

W

 

[ ]

A

 

[ ]

V

 

[ ]

A

 

[ ]

A

 

[ ]

V

 

obr

m

 

[ ]

A

 

[ ]

V

 

[ ]

A

 

rad

s

 

[ ]

Nm

 

495 

405 

-90 

1,75 

54 

26 

650 

0,5 

68,07 

7,27 

555 

480 

-75 

50 

25 

650 

1,5 

80 

50 

68,07 

8,15 

600 

540 

-60 

2,5 

51 

26 

650 

2,1 

110 

90 

68,07 

8,81 

780 

750 

-30 

3,5 

52 

7,4 

26 

650 

3,4 

175 

150 

68,07 

11,46 

900 

930 

30 

4,1 

50 

7,8 

5,2 

26 

650 

4,1 

250 

175 

68,07 

13,22 

975 

1050 

75 

4,8 

51 

7,9 

5,2 

26 

650 

4,4 

245 

200 

68,07 

14,32 

5.  Obliczenia 

Ponieważ watomierze włączone były na napięcie 

f

U

 wskazania trzeba było wymnożyć przez 

3

 aby 

uzyskać właściwą moc.  

30n

ω

π

=

; wzór na przejście z prędkości w obrotach na minutę na radiany na sekundę 

e

P

M

ω

=

; wzór na moment elektryczny w niutonometrach 

2

1

Pt

P

P

P

= −

background image

 

6.  Wykresy i charakterystyki 

 

Charakterystyka regulacyjna, otrzymana przy braku obciążenia na wale (prądnica obciążająca silnik jest 
niewzbudzona 

0

wzb

I

=

)  i regulacji napięcia w wirniku. 

Z tej charakterystyki jednoznacznie widać liniową zależność momentu od prędkości. Zależność ta jest 
liniowa, zmienia się w niewielkim stopniu (małe nachylenie) i można przyjąć że jest stała. Stąd nazwa 
układu regulacji: kaskada stało momentowa.  

 

 

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

57,6

68,1

75,9

83,8

89,0

91,6

94,2

M

[N

m]

w[rad/s]

Charakterystyka M

e

=f(w)

"Me"
Liniowy ("Me")

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

66

53

41

30

26

21

15

w

 [r

ad

/s]

U

DC

[V]

Charakterystyka w=f(U

DC

)

w

background image

 

 

Charakterystyki dla dwóch wstępnie zadanych prędkości, silnik obciążany momentem obciążenia. 

 

Charakterystyki dla dwóch wstępnie zadanych prędkości, zależność prędkości obrotowej od napięcia 

DC

U

 

 

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

7,22

7,93

9,55

12,50

16,28

17,83

21,49

27,01

w

[r

ad

/s]

M

e

[Nm]

Charakterystyka w=f(M

e

); n

1,

n

2

w=f(Me); n1
w=f(Me); n2

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

5,73

6,55

8,33

10,31

12,69

14,01

16,04

w

 [r

ad

/s]

U

DC

[V]

Charakterystyka w=f(U

DC

)

w; n1
w; n2

background image

 

 

Charakterystyka stałej prędkości przy zmiennym momencie obciążenia i regulacji momentu silnika. 

7.  Wnioski 

 

Na charakterystyce regulacyjnej widać możliwości regulacji prędkości obrotowej za pomocą kaskady 

w układzie stało momentowym. W szerokim przedziale moment jest funkcją liniową o małym nachyleniu 

tzn. w małym stopniu zależną od prędkości obrotowej. Dzięki kaskadzie możliwe jest uzyskanie płynnej 

regulacji prędkości i momentu, oraz rozruch napędu pod obciążeniem. Dodatkową zaletą jest możliwość 

uzyskania prędkości większych od prędkości idealnego biegu jałowego. 

Zaletą stosowania kaskad jest oddawanie części mocy wygenerowanej w wirniku do sieci zasilającej, 

dzięki temu sumaryczny pobór mocy jest mniejszy, co przekłada się na zwiększenie współczynnika 

sprawności całego zespołu napędowego.   

Dzięki regulacji w obwodzie wirnika można zredukować koszty, ponieważ urządzenia regulacyjne 

pracują przy mniejszych mocach niż tych jakie wymagało by regulowanie od strony uzwojeń stojana.  

 

 

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

7,27

8,15

8,81

11,46

13,22

14,32

w

[r

ad

/s]

M

e

[Nm]

Charakterystyka w=f(M

e

); w=const.

w=f(Me)