NAMAR
– LABORATORIUM
Działanie
maszyny
technologicznej
napędzanej
silnikiem
elektrycznym zasilanym przez falownik pracującej pod obciążeniem
udarowym.
Laboratorium HALA 010NT
Opracował: J.Goliński
Warszawa 2008 v.2
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 napięcia zasilania.
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).
W celu oceny prawidłowości wykonanego obliczenia tej wielkości należy wykonać wykres
typu punktowego (należy zastanowić się co widać na tym wykresie i jaki to ma związek ze
sposobem liczenia ?)
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
4
Siła (dynamometr zabudowany na stemplu wykrojnika pomiarowego)
[kN]= -128,587x[mV]-0,628
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