1

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

:

2

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

2 H

ω

1H

ω

[ ]

e

M

Nm

K

M

H

M

30

ω

20

ω

10

ω

3H

ω

2 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

2 H

ω

1H

ω

3

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

1

345 1800 1455

0,6

150

6,8

5

0

0

0

∞

2

510

390

-120

1,5

66

7

5

22

550

57,6

6,77

3

510

420

-90

2

53

7

5

26

650

68,1

6,17

4

540

480

-60

2

41

7

5

29

725

75,9

6,32

5

555

525

-30

2,1

30

7

5

32

800

83,8

6,27

6

555

540

-15

2,4

26

7

5

34

850

89,0

6,07

7

555

594

39

2,5

21

7,2

5

35

875

91,6

6,48

8

570

600

30

2,7

15

7,2

5

36

900

94,2

6,37

M

W

W

A

A

Tg

V

G

V

N

L1

L2

L3

S

3

S

2

TR

W

1

W

2

U

tg

L

d

A

I

DC

U

DC

I

1

I

2

S

1

U

obc

I

obc

I

wzb

W

PT

=W

2

-W

1

4

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

1

510

435

-75

1,8

48

7

5

27

675

0

0

0

70,69

7,22

2

540

465

-75

2

52

7

5

26

650

1,5

100

50

68,07

7,93

3

600

525

-75

2,5

58

7

5

24

600

2,1

120

100

62,83

9,55

4

720

615

-105

3

66

7,2

5

22

550

2,9

150

150

57,60

12,50

5

810

720

-90

3,5

74

7,5

5

19

475

3,2

165

200

49,74

16,28

6

840

765

-75

4

80

7,5

5

18

450

3,4

170

225

47,12

17,83

7

900

810

-90

4,25

84

7,8

5,2

16

400

3,5

175

250

41,89

21,49

8

990

870

-120

4,9

92

8

5,2

14

350

3,5

177

300

36,65

27,01

1

540

585

45

2,6

16

7,2

5

36

900

1

53

0

94,25

5,73

2

600

675

75

3

20

7,2

5

35

875

2,1

110

50

91,63

6,55

3

720

780

60

3,4

26

7,4

5

33

825

3

160

100

86,39

8,33

4

810

900

90

4

35

7,6

5

30

750

4

180

150

78,54

10,31

5

930 1050 120

4,5

42

7,8

5,2

28

700

4,25 225

175

73,30

12,69

6

990 1110 120

4,9

48

8

5,2

27

675

4,5

234

200

70,69

14,01

7

1050 1200 150

5,25

54

8

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

1

495

405

-90

1,75

54

7

5

26

650

0,5

0

0

68,07

7,27

2

555

480

-75

2

50

7

5

25

650

1,5

80

50

68,07

8,15

3

600

540

-60

2,5

51

7

5

26

650

2,1

110

90

68,07

8,81

4

780

750

-30

3,5

52

7,4

5

26

650

3,4

175

150

68,07

11,46

5

900

930

30

4,1

50

7,8

5,2

26

650

4,1

250

175

68,07

13,22

6

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

= −

;

5

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

e

[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

6

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

7

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)