Politechnika Świętokrzyska
Katedra Energoelektroniki
Laboratorium Napędu Elektrycznego i Automatyki Napędu
Ćwiczenie nr: 4 Specjalność: automatyka
Temat: Badanie kaskady stało momentowej w układzie otwartym. Grupa: 303B Zespół: 2
Ocena: 1.Kopyt Damian
2.Daniel Bednarski
Data wykonania: Data oddania:
3.Karol Białek
11.01.2010 25.01.2010
4.Jarosław Jadwiżyc
5.Paweł Kaleta
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:
ëÅ‚ öÅ‚
2 f1 îÅ‚ U2 Å‚Å‚
= = +
012
pb ïÅ‚1+!mìÅ‚ 1¨2 ÷łśł;
íÅ‚ Å‚Å‚
ðÅ‚ûÅ‚
Zgodnie z równaniem mamy trzy sposoby regulacji prędkości kątowej silników indukcyjnych:
" zmiana częstotliwości zasilania stojana f1 ,
" zmiana liczby par biegunów pb ,
" zasilanie wirnika silnika pierścieniowego (U2 `" 0 ) lub zmiana częstotliwości prądów
wirnika f2 .
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.
1
 rad / s
[ ]
3H
30
2 H
20
1H
10
Me Nm
[ ]
M M
H K
Charakterystyka regulacyjna przy regulacji prędkości obrotowej w układzie kaskadowym na stały moment
przy regulacji U2 / f2 oraz obciążeniu stało momentowym.
rad / s
[ ]
Zakres możliwy do
3H
przebadania na zajęciach
30
2 H
20
1H
10
M
K
Me Nm
[ ]
M
H
Charakterystyka regulacyjna przy regulacji prędkości obrotowej w układzie kaskadowym na stały moment
przy regulacji U2 oraz obciążeniu stało momentowym.
rad / s
[ ]
3H
30
2 H
20
1H
10
M
K
M
H
Me Nm
[ ]
Charakterystyka regulacyjna przy regulacji prędkości obrotowej w układzie kaskadowym na stałą moc.
2
3. Schemat układu pomiarowego
N
L1
L2
L3
W1
S3
S1 I1
TR WPT=W2-W1
A
W
S2
I2
W2
A
W
Utg
Uobc
Tg
M
Iobc
V
G
Iwzb
IDC
A
V
Ld
UDC
Schemat układu regulacji stało momentowej.
4. Tabele pomiarowe
a) regulacyjna
I
Lp. WP1 WP2 WPt IDC UDC I1 UTG n Me
f 1
obr rad
îÅ‚ Å‚Å‚ îÅ‚ Å‚Å‚Nm
[W ] [W ] [W ] [A] [V ] [A] [A] [V ]
- [ ]
ïÅ‚ śł ïÅ‚ śł
m s
ðÅ‚ ûÅ‚ ðÅ‚ ûÅ‚
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
3
b) dla dwóch wstępnie zadanych prędkości
WP1 WP2 WPt IDC UDC I I1 UTG
Lp. n Iobc Uobc Iwzb Me
f 1
obr
îÅ‚ Å‚Å‚
rad
[A] îÅ‚ Å‚Å‚
ïÅ‚ śł
[W ] [W ] [W ] [A] [V ] [A] [V ] [A] [V ] [mA] Nm
- [ ]
m
ðÅ‚ ûÅ‚
ïÅ‚ śł
s
ðÅ‚ ûÅ‚
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
WP1 WP2 WPt IDC UDC I I1 UTG
Lp. n Iobc Uobc Iwzb Me
f 1
obr rad
îÅ‚ Å‚Å‚ îÅ‚ Å‚Å‚
[W ] [W ] [W ] [A] [V ] [A] [A] [V ]
- [A] [V ] [A] Nm
[ ]
ïÅ‚ śł ïÅ‚ śł
m s
ðÅ‚ ûÅ‚ ðÅ‚ ûÅ‚
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 U wskazania trzeba było wymnożyć przez 3 aby
f
uzyskać właściwą moc.
30n
= ; wzór na przejście z prędkości w obrotach na minutę na radiany na sekundę
P
Me = ; wzór na moment elektryczny w niutonometrach
PPt = P2 - P1 ;
4
6. Wykresy i charakterystyki
Charakterystyka Me=f(w)
8,00
7,00
6,00
5,00
4,00
"Me"
3,00
Liniowy ("Me")
2,00
1,00
0,00
57,6 68,1 75,9 83,8 89,0 91,6 94,2
w[rad/s]
Charakterystyka regulacyjna, otrzymana przy braku obciążenia na wale (prądnica obciążająca silnik jest
niewzbudzona Iwzb = 0 ) 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.
Charakterystyka w=f(UDC)
100,0
90,0
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
w
30,0
20,0
10,0
0,0
15 21 26 30 41 53 66
UDC[V]
5
Me [Nm]
w [rad/s]
Charakterystyka w=f(Me); n1,n2
100,00
90,00
80,00
70,00
60,00
50,00
w=f(Me); n1
40,00
w=f(Me); n2
30,00
20,00
10,00
0,00
7,22 7,93 9,55 12,50 16,28 17,83 21,49 27,01
Me[Nm]
Charakterystyki dla dwóch wstępnie zadanych prędkości, silnik obciążany momentem obciążenia.
Charakterystyka w=f(UDC)
100,00
90,00
80,00
70,00
60,00
50,00
w; n1
40,00
w; n2
30,00
20,00
10,00
0,00
5,73 6,55 8,33 10,31 12,69 14,01 16,04
UDC[V]
Charakterystyki dla dwóch wstępnie zadanych prędkości, zależność prędkości obrotowej od napięcia UDC
6
w[rad/s]
w [rad/s]
Charakterystyka w=f(Me); w=const.
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00 w=f(Me)
20,00
10,00
0,00
7,27 8,15 8,81 11,46 13,22 14,32
Me[Nm]
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.
7
w[rad/s]