AGH EAiE		LABORATORIUM TEORII STEROWANIA
Kierunek: Elektrotechnika					Rok: II Semesrt IV
Temat ćwiczenia: Regulacja temperatury					Wykonał: Buba Robert
Data wykonania: 26.05.99.		Data oddania: 31.05.99.		Grupa: I środa 8^30	Ocena:

I. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z różnego rodzajami układów automatycznej regulacji temperatury stosowanymi powszechnie w grzejnictwie elektrycznym.

II. Przebieg ćwiczenia:

1. Regulacja dwustawna:

Pierwszym rodzajem automatycznej regulacji jest regulacja dwustawna zwana też często dwupołożeniową Jest ona najczęściej stosowaną metodą regulacji temperatury w urządzeniach grzejnictwa elektrycznego. Regulacja ta polega na załączaniu i wyłączaniu „pełnej mocy” urządzenia tak aby zadana temperatura była cały czas utrzymana.

1.1 Schemat pomiarowy:

S - obiekt regulacji

Reg - regulator dwustawny

W - stycznik

1.2 Schemat blokowy:

ϑ - mierzona temperatura;

ϑ* - sygnał z czujnika temperatury;

ϑ_w* - zadana wartość temperatury.

Obiekt regulacji S aproksymuje się członem inercyjnym pierwszego rzędu z czasem opóźnienia. Blok T uwzględnia stałą czasową czujnika, który traktuje się jako człon inercyjny pierwszego rzędu. Należy jednak zaznaczyć, że stała czasowa czujnika jest zwykle wielokrotnie mniejsza od stałej czasowej obiektu. Różnica między temperaturą zadaną a zmierzoną podawana jest na wyjście regulatora, który poprzez sygnał pośredniczący u i człon wykonawczy W decyduje o średniej wartości mocy P doprowadzonej do obiektu.

Po załączeniu pełnej mocy P_n temperatura narasta i po przekroczeniu zadanej wartości temperatury ϑ_w* następuje wyłączenie mocy. Po wyłączeniu mocy temperatura obiektu jeszcze przez jakiś czas rośnie aż do wartości maksymalnej po czym zaczyna maleć. Jest to spowodowane tym iż pomiar temperatury obiektu i sterowanie wartością temperatury nie jest w tych samych miejscach. Gdy temperatura spadnie poniżej wartości zadanej, następuje ponowne załączenie mocy czynnej, temperatura jeszcze przez pewien okres maleje ale później zaczyna narastać. Cykl taki się powtarza prowadząc do oscylacji ustalonych.

1.3 Charakterystyka ustalania temperatury:

1.4 Wyniki pomiarów:

Elektroda grzewcza pieca akumulacyjnego:

- temperatura nastawiona: 300 °C,

• wartość temperatury, po której następuje załączenie stycznika: 315°C,

• wartość temperatury, przy której następuje wyłączenie stycznika: 323°C,

• minimalna wartość temperatury: 304°C,

• maksymalna wartość temperatury: 345°C,

• wartość histerezy H: 8°C.

• wartość rozrzutu R: 41°C,

• czas trwania jednego cyklu: 100s,

Spirala grzewcza:

- temperatura nastawiona: 300 °C,

• wartość temperatury, po której następuje załączenie stycznika: 315°C,

• wartość temperatury, przy której następuje wyłączenie stycznika: 316°C,

• minimalna wartość temperatury: 308°C,

• maksymalna wartość temperatury: 342°C,

• wartość histerezy H: 1°C.

• wartość rozrzutu R: 34°C,

• czas trwania jednego cyklu: 40s,

Jak widzimy z powyższych pomiarów spirala ma dużo mniejszą stałą czasową co skraca czas ustalania się temperatury oraz cały ten cykl ma mniejszą wartość rozrzutu ( element szybciej się grzeje i szybciej stygnie) od elementu grzejnego pieca akumulacujnego. Dzięki temu regulator dokładniej dostosowuje temperaturę układu do zadanej.

2. Regulacja trójstawna:

W ćwiczeniu tym wykorzystaliśmy regulator RK2, a jako obciążenie użyliśmy spiralę 3-faz. Spirala ta zostawała załączona jeżeli temperatura spadła poniżej ustawionego progu temperaturowego. Jeżeli natomiast temperatura przekroczy ustalony próg górny to załączy się wentylator. Pozwala to na uzyskanie mniejszych pulsacji temperatury.

2.1 Wyniki pomiarów:

Pomiar bez zastosowania wiatraka:

• minimalna wartość temperatury: 304°C,

• maksymalna wartość temperatury: 327°C,

• wartość rozrzutu R: 23°C,

• czas trwania jednego cyklu: 40s.

Przy pomiarze z wiatraczkiem zmniejszył się rozrzut i czas chłodzenia.

Z przeprowadzonego powyżej doświadczenia wynika iż zastosowanie regulacji trójstawnej z wentylatorem zmniejsza rozrzut regulacji oraz czas całego cyklu. Powyższy rodzaj regulacji jest stosowany w klimatyzacji.

3. Regulacja ciągła:

Regulacje ciągłą stosujemy, gdy wymagane jest duża dokładność utrzymywanej temperatury.

3.1 Schemat pomiarowy:

Temperatura wnętrza obiektu, będąca wielkością regulowaną, jest mierzona czujnikiem termometrycznym T. Sygnał z czujnika jest podawany do regulatora Reg o wyjściu ciągłym. Regulator steruje członem wykonawczym W zmieniając moc grzejną doprowadzoną do obiektu w sposób ciągły. Dzięki temu uzyskujemy niewielkie oscylacje.

3.1Charakterystyka ustalania temperatury:

Do wykonania tego doświadczenia użyliśmy elektronicznego regulatora temperatury PID. Napięcie wyjściowe U(t) w funkcji czasu opisuje następujący wzór:

gdzie:

ε(t) - uchyb

K_R - współczynnik wzmocnienia

T_I - czas zdwojenia

T_D - czas wyprzedzenia

Dzięki zastosowaniu członu całkującego „I” uzyskujemy zerowy ustalony błąd regulacji, a dzięki członowi różniczkującemu „D” uzyskaliśmy szybką reakcję na zakłócenia.

Przypadkowe nastawy regulatora:

P = 10 I = 433 D = 0

Przy powyższych nastawach układ niestety się nie ustalił (temperatura cały czas rosła), co świadczy o złych nastawach regulatora.

Po zastosowaniu funkcji Auto-tuning regulator sam dopasował nastawy, które wynoszą:

P=183 I=32 D=8

Pomiar:

- temperatura nastawiona: 300 °C,

• minimalna wartość temperatury: 296°C,

• maksymalna wartość temperatury: 306°C,

• wartość rozrzutu R: 10°C,

• czas trwania jednego cyklu: 16s.

Jak widać z powyższych pomiarów w układ z nastawami automatycznymi temperatura się stabilizuje z niewielkim rozrzutem, a czas trwania cyklu ustalania temperatury jest krótki.

III. Wnioski:

Regulatory temperatury mają olbrzymie zastosowanie we współczesnej technice. Przede wszystkim stosuje się je w różnego rodzaju klimatyzatorach domowych i samochodowych, a także w przemyśle.

Najczęściej stosowanymi regulatorami są regulatory dwustawne i trójstawne. Charakteryzują się one jednak dość dużymi pulsacjami temperaturowymi i mogą być stosowane jedynie tam, gdzie nie jest wymagana duża dokładność regulacyjna. W układach z takimi regulatorami rozrzut temperatury sięga kilkunastu a nawet kilkudziesięciu °C. Do zalet regulacji dwustawnej należą: duża niezawodność, prostota układów, łatwość konserwacji, niska cena, zapewnienie szybkiego usuwania wpływu zakłóceń.

Znacznie lepszymi właściwościami regulacyjnymi charakteryzują się regulatory ciągłe. Wymagają one zastosowania członu wykonawczego w postaci tyrystora, triaka lub innego łącznika energoelektronicznego, który zmienia moc grzejną doprowadzoną do obiektu. Regulatory te są stosowane przy szybkozmiennych temperaturach i w obiektach o małej bezwładności cieplnej.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Buba Robert Strona 2 Regulacja temperatury

---