PROGRAMY I WYMAGANIA TEORETYCZNE DO ĆWICZEŃ
W LABORATORIUM NAPĘDOWYM DLA STUDIÓW DZIENNYCH,
WYDZIAŁU ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI.
Dla ćwiczeń symulacyjnych podane są tylko wymagania teoretyczne. Programy do tych
ćwiczeń podawane są w trakcie zajęć, lub w osobnych materiałach.
Ćw 1
Jednofazowy układ tyrystorowy
- szkicowanie przebiegów napięcia, prądu obciążenia, oraz napięcia tyrystora dla
obciążenia RLE, oraz RLE+Do
- Zdejmowanie charakterystyk biegu jałowego silnika:
o
= f(U
tw
),
o
= f(
o
)
- Zdejmowanie charakterystyk mechanicznych w układzie z silnikiem i dławikiem
dodatkowym z Do i bez Do
- Zdejmowanie krzywych granicznych w układzie z silnikiem i dławikiem
dodatkowym, z Do i bez Do
Ćw 2
Układ napędowy z przekształtnikiem 3T – 3D
- Rejestracja przebiegów układu z obciążeniem RLE (napięcie, prąd obciążenia, prąd
diody zerowej, prąd przewodu fazy R) dla kąta wyzwalania < 60
o
i > 60, przy
przewodzeniu ciągłym i przerywnym
- Zdejmowanie charakterystyk mechanicznych w układzie z silnikiem, dławikiem
dodatkowym i bez dławika dodatkowego
- Zdejmowanie krzywych granicznych w układzie z silnikiem, dławikiem
dodatkowym i bez dławika dodatkowego
- Zdejmowanie charakterystyki sterowania U=f(
) dla obciążenia RL lub RLE, przy
przewodzeniu ciągłym, lub zdejmowanie charakterystyk mechanicznych w
układzie zamkniętym (z regulatorami prędkości i prądu)
Ćw 7
Układ napędowy z falownikiem napięciowym (układ laboratoryjny)
- Zdejmowania charakterystyki U/f
- Zdejmowanie
charakterystyk
elektromechanicznych
(
=f(M
op
),
I=f(M
op
),
=f(M
op
), P=f(M
op
), cos(
)=f(M
op
)) przy trzech różnych częstotliwościach
zadanych f
m
- Pomiar częstotliwości „przeskoku” pomiędzy podzakresami o stałym stosunku
f
k
/f
m
, wyznaczenie f
kmax
i f
kmin
(f
k
– częstotliwość komutacji)
- Pokaz zjawiska nadmodulacji w przebiegu napięcia
- Pokaz pracy prądnicowej silnika
Ćw 8
Układ napędowy z falownikiem napięciowym (układ przemysłowy)
- odczytanie i pomiar wybranych charakterystyk U/f zaprogramowanych w pamięci
falownika
- wprowadzenie własnej charakterystyki U/f i jej pomiar
- zdejmowanie charakterystyk mechanicznych silnika (
=f(M
op
)) dla różnych
wartości kompensacji poślizgu( 0%, Sn, 9%)
Ćw 14
Układ łagodnego rozruchu silnika asynchronicznego
- Rejestracja przebiegów prądu i prędkości w układzie gwiazda – trójkąt dla trzech
czasów przełączenia, kalibracja wskazań prądu na oscyloskopie
- Rejestracja przebiegów napięcia i prądu silnika, w układzie z softvarem
- Rejestracja przebiegów prądu i prędkości silnika, w układzie z softvarem dla
różnych nastaw momentu rozruchowego i czasu rozruchu, dobranie optymalnych
nastaw
- hamowanie w układzie z softvarem, przy nastawionym długim czasie – dyskusja
zjawisk
Ćw 22
Badanie układu Leonarda, pracującego w systemie otwartym
- Zdejmowanie charakterystyki U
g
= f(I
wg
) generatora w stanie jałowym
- Zdejmowanie charakterystyk mechanicznych silnika, pracującego w układzie
Leonarda przy stałym prądzie wzbudzenia generatora (trzy różne wartości) i przy
stałym napięciu twornika silnika (trzy różne wartości)
- Zdejmowanie charakterystyki
= f(U
tw
) silnika przy stałym prądzie twornika,
wyznaczenie na jej podstawie parametrów silnika (R
t
, c
)
- Rozruch układu, oraz hamowanie z odzyskiem energii (pokaz), dyskusja zjawiska
Ćw 24
Regulacja prędkości silnika asynchronicznego, pierścieniowego
- Pokaz działania układu sterowania
- Zdejmowanie
charakterystyk
elektromechanicznych
(
=f(M
op
),
s=f(M
op
),
P
1
=f(M
op
),
=f(M
op
), I
1
=f(M
op
),
=f(P
2
)), dla wszystkich sześciu wartości
rezystancji w obwodzie wirnika
- wykreślenie na podstawie rodzin charakterystyk
=f(M
op
) i
=f(M
op
)
charakterystyk
=f(R
2d
),
=f(R
2d
) przy M
op
=const (opcja)
- Wykreślenie naturalnej charakterystyki teoretycznej z wzoru Klossa i naniesienie
jej na wspólny wykres z pomierzonymi charakterystykami M
op
=f(s)
- Pokaz programowania sterownika PLC (omówienie zasad programowania,
wprowadzenie przykładowego programu, zawartego w instrukcji) (opcja dla
specjalności AiR i AiM)
Ćw 25
Rozruch i hamowanie silnika asynchronicznego klatkowego
- wykonanie połączeń i dokonanie rozruchu w układzie gwiazda – trójkąt
- wykonanie połączeń i dokonanie i dokonanie hamowania przeciwwłączeniem
- wykonanie połączeń i dokonanie i dokonanie hamowania dynamicznego (prądem
stałym)
Ćw 26
Układ napędowy z silnikiem prądu stałego i przerywaczem do regulacji prędkości
obrotowej.
- badania przebiegów czasowych prądu i napięcia wirnika silnika dla różnych
warunków pracy układu.
- badanie charakterystyki sterowania, tj. zależności prędkości obrotowej
nieobciążonego silnika w funkcji współczynnika wypełnienia
- badanie charakterystyk obciążenia, tj.
=f(M
op
), w układzie otwartym
- badania stanów dynamicznych: rozruchu, zatrzymania, zmiany obciążenia w
układzie otwartym
- badanie stanów dynamicznych w układzie zamkniętym
WYMAGANY ZAKRES WIEDZY TEORETYCZNEJ W
LABORATORIUM NAPĘDU I AUTOMATYKI NAPĘDU
ELEKTRYCZNEGO
Ćw 1
Jednofazowy układ tyrystorowy
- przebiegi czasowe w układzie 4T lub 2T, z diodą zerową i bez (napięcie i prąd
obciążenia i tyrystorów) dla obciążenia RL, RLE
- charakterystyki mechaniczne silnika obcowzbudnego prądu stałego, przy stałym
wzbudzeniu, z twornikiem zasilanym przez prostownik
- definicja krzywych granicznych, wpływ indukcyjności twornika, oraz dołączonej
diody zerowej na kształt krzywych granicznych
- cel stosowania diody zerowej w układzie z obciążeniem RL, RLE
Ćw 2
Układ napędowy z przekształtnikiem 3T – 3D
-
przebiegi czasowe w układzie 3T – 3D (napięcie, prąd obciążenia prąd diody
zerowej) dla obciążenia RL, RLE, przy kącie wyzwalania < 60
0
i >60
0
- charakterystyka sterowania U
śr
= f(
) prostowników półsterownych i w pełni
sterowanych przy ciągłym przewodzeniu prądu obciążenia
- charakterystyki mechaniczne silnika obcowzbudnego prądu stałego, przy stałym
wzbudzeniu, z twornikiem zasilanym przez prostownik
- krzywe graniczne (definicja), kształt krzywych granicznych dla silnika, zasilanego
prostownikiem półsterownym, wpływ indukcyjności twornika na kształt krzywych
granicznych
- utrata sterowalności mostka 3T-3D i sposoby zapobiegania temu zjawisku
- cel stosowania diody zerowej w mostku 3T-3D
Ćw 7
Układ napędowy z falownikiem napięciowym (układ laboratoryjny)
- modulacja PWM na przykładzie modulacji naturalnej
- ogólna budowa napięciowego falownika PWM
- widmo harmonicznych w modulacji PWM
- wpływ ograniczenia częstotliwości pracy łaczników na sterowanie falownikiem
PWM
- schemat zastępczy silnika indukcyjnego
- skalarna regulacja częstotliwościowa prędkości silników indukcyjnych (U/f =
const).
- hamowanie prądnicowe silnika indukcyjnego – wyjaśnienie zjawiska i ilustracja
przy pomocy charakterystyk mechanicznych
- obliczanie momentu oporowego, sprawności i współczynnika mocy silnika (jeśli
dane są: napięcie i prąd przewodowy, moc czynna, pobierana z sieci, moc na wale,
oraz prędkość silnika)
Ćw 8
Układ napędowy z falownikiem napięciowym (układ przemysłowy)
- Wymagania jak dla ćwiczenia nr 7
Ćw 14
Układ łagodnego rozruchu silnika asynchronicznego
- regulacja prędkości poprzez zmianę napięcia zasilania stojana, wpływ na
charakterystyki mechaniczne
- porównanie rozruchu przy pomocy przełącznika gwiazda – trójkąt z rozruchem
poprzez zmianę rezystancji wirnika
- sterowanie napięciem realizowane w układzie odwrotnie – równoległym – zasada
działania, przebiegi napięcia i prądu obciążenia typu R i RL
- prądnica obcowzbudna jako obciążenie silnika, wzór na moment oporowy
- hamowanie silnika indukcyjnego ze zwrotem energii do sieci, warunki, ilustracja
procesu przy pomocy charakterystyk mechanicznych
Ćw 22
Badanie układu Leonarda, pracującego w systemie otwartym
- porównanie charakterystyk mechanicznych silnika obcowzbudnego, pracującego w
układzie Leonarda (przy stałym prądzie wzbudzenia generatora) z
charakterystykami naturalnymi (przy stałym napięciu twornika silnika)
- rozruch silnika w układzie Leonarda
- hamowanie prądnicowe w układzie Leonarda
Ćw 24
Regulacja prędkości silnika asynchronicznego, pierścieniowego
- charakterystyki mechaniczne silnika indukcyjnego, pierścieniowego przy zmianie
rezystancji w obwodzie wirnika
- zalety i wady regulacji prędkości poprzez zmianę rezystancji wirnika silnika
- ilustracja procesu rozruchu ze skokową zmianą rezystancji wirnika przy pomocy
charakterystyk mechanicznych
- obliczanie charakterystyk mechanicznych z wzoru Klossa
- obliczanie momentu oporowego, sprawności i współczynnika mocy silnika (jeśli
dane są: napięcie i prąd przewodowy, moc na wale, moc czynna, pobierana z sieci
oraz prędkość silnika)
Ćw 25
Rozruch i hamowanie silnika asynchronicznego klatkowego
- odbiornik trójfazowy, połączony w gwiazdę i w trójkąt – zależności między
napięciami i prądami przewodowymi i fazowymi
- jak zastosowanie przełącznika gwiazda – trójkąt obniża udarowy prąd
przewodowy?
- hamowanie dynamiczne, hamowanie przez przeciwwłączenie – zasada działania,
porównanie
Ćw 26
Układ napędowy z silnikiem prądu stałego i przerywaczem do regulacji prędkości
obrotowej.
- przebiegi czasowe w układzie przerywacza, zasilającego silnik prądu stałego
- charakterystyki mechaniczne silnika obcowzbudnego prądu stałego, przy stałym
wzbudzeniu, z twornikiem zasilanym przez przerywacz
- definicja krzywych granicznych, wpływ indukcyjności twornika na ich kształt
- charakterystyka sterowania U
śr
= f(
) (
– współczynnik wypełnienia) przerywacza
przy ciągłym przewodzeniu prądu obciążenia
ĆWICZENIA SYMULACYJNE
SK - 1 ( TCAD )
Jednofazowy mostkowy prostownik sterowany 2T, 4T.
-
Wymagania jak w ćwiczeniu nr 1, oraz dodatkowo sekwencja wyzwalania tyrystorów w
mostku 2T i 4T
SK – 3 ( TCAD )
Trójfazowy półsterowany układ prostownikowy 3T-3D.
-
przebiegi czasowe w układzie 3T – 3D (napięcie, prąd obciążenia prąd diody
zerowej) dla obciążenia RL, RLE, przy kącie wyzwalania < 60
0
i >60
0
- zagadnienie utraty sterowalności w mostku 3T-3D
- wpływ dołączenia diody zerowej do mostka 3T-3D w stanie normalnej pracy
(przebiegi napięć i prądów w układzie)
- dioda zerowa jako zabezpieczenie przed utratą sterowalności (przebiegi napięć i
prądów w układzie)
SK - 5 ( TCAD )
Trójfazowy falownik z modulacją szerokości impulsów PWM.
- modulacja PWM – zasada
- widmo harmoniczne napięcia, uzyskanego z falownika PWM
- ogólna budowa falownika PWM
- nadmodulacja – wyjaśnienie zjawiska
SK - 6 ( TCAD )
Symulacja i analiza pracy układu napędowego z falownikiem PWM.
-
Wymagania jak w ćwiczeniu SK-5
SK - 2 ( MATLAB )
Symulacja zautomatyzowanego układu napędowego z podporządkowanym układem
regulacji prądu i prędkości.
- zasada działania układu regulacji kaskadowej
- dobór nastaw regulatora prądu i prędkości wg kryteriów Kesslera (kryterium
modułowego i kryterium symetrycznego optimum)
- rola ograniczenia prądowego w procesie rozruchu, hamowania i nawrotu badanego
układu napędowego
- wpływ rodzaju momentu oporowego (potencjalny, reakcyjny) na pracę badanego
układu napędowego
SK - 4 ( MATLAB )
Symulacja działania obcowzbudnego silnika prądu stałego.
- elektryczny schemat zastępczy obcowzbudnego silnika prądu stałego
- równania różniczkowe, opisujące silnik obcowzbudny prądu stałego
- równania silnika w stanie ustalonym
- przekształcenie Laplace'a równań silnika
- transmitancja, schematy blokowe i ich przekształcanie
- opis dynamiki w przestrzeni stanów
- rodzaje momentów oporowych
SK - 7 ( MATLAB )
Wprowdzenie do metody wektorów przestrzennych.
- wektor przestrzenny – definicja i podstawowe zależności
- transformacja wektora przestrzennego między różnymi układami współrzędnych
SK - 8 ( MATLAB )
Wektorowy model silnika indukcyjnego klatkowego.
- wektor przestrzenny – definicja i podstawowe zależności
- transformacja wektora przestrzennego między różnymi układami współrzędnych
- podstawowe równania silnika indukcyjnego w postaci wektorowej
- równania silnika indukcyjnego we wspólnym układzie współrzędnych:
nieruchomym, związanym ze stojanem, lub wirujacym z dowolnie wybraną
prędkością
SK - 9 ( MATLAB )
Modulacją szerokości impulsów PWM – metoda naturalna, z sygnałem nośnym.
- modulacja PWM – zasada
- rodzaje modulacji PWM z sygnałem nośnym
- nadmodulacja – wyjaśnienie zjawiska
SK - 10 ( MATLAB )
Hamowanie dynamiczne silnika DC.
- elektryczny schemat zastępczy oraz równania różniczkowe opisujące obcowzbudny
silnik prądu stałego przy pracy silnikowej i podczas hamowania dynamicznego.
- Rozwiązywanie równań różniczkowych przy pomocy przekształcenia Laplace’a
- transmitancja, schematy blokowe i ich przekształcanie
- ilustracja stanów dynamicznych napędu na płaszczyźnie „moment – prędkość”