SYMULATOR SWPS

Silnik wykonawczy prądu stałego posiada cechę charakterystyczną w swojej budowie, a mianowicie komutator. Zjawisko komutacji jest to zmiana kierunku prądu w zwoju zwartym przez szczotkę. Uzwojenie stojana jest skupione i umieszczone na biegunach, a uzwojenia wirnika jest ułożone w żłobkach. Komutator jest umieszczony na wale wirnika, a poszczególne punkty uzwojenia wirnika są połączone z komutatorem. Do komutatora przylegają nieruchome szczotki. W taki sposób zrealizowane jest galwaniczne połączenie obracających się uzwojeń wirnika z nieruchomym obwodem zewnętrznym, który jest umieszczony w osi prostopadłej do osi biegunów głównych. Obracające się uzwojenie wytwarza pole magnetyczne działające wzdłuż osi szczotek. Kiedy zwój podchodzi pod szczotkę, wówczas następuje zmiana kierunku prądu płynącego przez zwój na przeciwny.

Silnik wykonawczy musi spełnić następujące wymagania:

• możliwość płynnej regulacji prędkości kątowej,

• charakterystyki statyczne liniowe, a praca w stanie ustalonym stabilna,

• duży moment rozruchowy,

• samohamowność, brak samobiegu,

• dobre właściwości dynamiczne,

• niewielka strefa nieczułości,

• mała moc sterowania,

• możliwość pracy przy zahamowanym wirniku,

• niezawodność, małe rozmiary i ciężar, niska cena.

Ze względu na sposób sterowania można wyróżnić silniki wykonawcze prądu stałego sterowane od strony twornika (sterowanie twornikowe) oraz sterowane od strony biegunów (sterowanie biegunowe).

Obliczenia zostały przeprowadzone na podstawie poniższych zależności opisujących SWPS:

1. U₁=R₁I₁

2. U₂=R₂I₂+L_12mI₁ω_r

3. M_e=M_z= L_12mI₁I₂

Zależności opisujące charakterystyki robocze i regulacyjne SWPS:

1.Sterowanie biegunowe:

$$\text{Me} = \frac{L_{12m}U_{2}}{R_{1}R_{2}}U_{1} - \frac{{L_{12m}}^{2}}{{R_{1}}^{2}R_{2}}{U_{1}}^{2}{\omega\ }_{r}\text{\ \ \ \ \ }{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\omega}_{r} = \frac{R_{1}U_{2}}{L_{12m}}\frac{1}{U_{1}} - \frac{{R_{1}}^{2}R_{2}}{{L_{12m}}^{2}}\frac{1}{{U_{1}}^{2}}\text{Me}$$

2.Sterowanie twornikowe:

$$\text{Me} = \frac{\text{LmU}1}{R1R2}U2 - \frac{\text{Lm}^{2}{U1}^{2}}{{R1}^{2}R2}\text{wr}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\text{wr} = \frac{R1}{\text{LmU}1}U2 - \frac{{R1}^{2}R2}{\text{Lm}^{2}{U1}^{2}}\text{Me}$$

Współczynnik tłumienia wewnętrznego można obliczyć z zależności:

D=M_ek/ω_ro M_ek=L_12mU₁U₂/R₁R₂; ω_ro=R₁U₂/L_12mU₁

Prądnica prądu stałego - prądnica, przetwarzająca energię mechaniczną ruchu obrotowego na energię elektrycznąprądu stałego. Składa się z części nieruchomej zwanej stojanem i z części ruchomej, zwanej wirnikiem. Wirnik służy do wytwarzania prądu elektrycznego. Wiruje on w polu magnetycznym wytwarzanym przez magnes stały lub uzwojenie stojana zasilane zewnętrznym źródłem prądu stałego. Prąd elektryczny jest odbierany z komutatora znajdującego się na osi wirnika przy pomocy szczotek grafitowych, umieszczonych na stojanie.

Prądnice prądu stałego były niegdyś stosowane w pojazdach do zasilania urządzeń elektrycznych pojazdu oraz ładowania akumulatorarozruchowego, zostały jednak stopniowo wyparte przez alternatory, charakteryzujące się większą wydajnością i niezawodnością oraz mniejszymi gabarytami.

Prądnica tachometryczna prądu stałego to prądnica, w której napięcie jest proporcjonalne do prędkości kątowej wirnika. Najważniejszym zastosowaniem PTPS jest analogowy pomiar prędkości kątowej

PTPS można podzielić na:

• Prądnicę samowzbudną- pole magnetyczne jest wytwarzane przez magnes trwały. W tym polu obraca się wirnik. Uzwojenie wirnika przyłączone jest do komutatora. Napięcie indukowane w uzwojeniu wirnika podczas jego wirowania jest doprowadzane z komutatora do tabliczki zaciskowej za pośrednictwem szczotek.

• Prądnicę obcowzbudną- na biegunach stojana umieszczone jest uzwojenie wzbudzenia. W obcowzbudnych prądnicach tachometrycznych decydujący wpływ na wartość napięcia wyjściowego ma wartość napięcia wzbudzenia.

Wnioski:

• wszystkie wyniki z symulatora – brak możliwości błędów podczas pomiarów

• zdjęte charakterystyki zgadzają się z założeniami teoretycznymi

• przy sterowaniu biegunowym charakterystyka wr=f(U) nieliniowa, wraz ze wzrostem momentu elektromagnetycznego zmienia się charakter – granica w 0 przestaje być niewłaściwa.

• przy sterowaniu twornikowym charakterystyka wr=f(U) jest liniowa, dla każdej wartości momentu elektromagnetycznego nachylenie prostej takie same, wraz ze wzrostem wartości tego momentu charakterystyka przesuwa się w prawo.

• przy sterowaniu biegunowym charakterystyka Me=f(wr) jest liniowa, dla różnych wartości napięcia sterowania charakterystyki są nachylone pod różnym kątem, wraz ze wzrostem napięcia sterowania rośnie nachylenie prostej oraz wartość współczynnika tłumienia wewnętrznego.

• przy sterowaniu twornikowym charakterystyka Me=f(wr) również jest liniowa, ale dla różnej wartości napięcia sterowania nachylenie prostej jest takie same - współczynnik tłumienia wewnętrznego również nie ulega zmianie, wraz ze wzrostem napięcia sterującego charakterystyka przesuwa się w prawo.

• dla swps charakterystyka w stanie nieustalonym przypomina charakterystykę układu inercyjnego I rzędu.

• prądnica tachometryczna: dla c2=0 charakterystyki wyjściowe są liniowe, wraz ze wzrostem Rszcz, charakterystyki nachylone są pod większym kątem. Wraz ze wzrostem rezystancji obciążenia charakterystyka dąży do linii wyznaczonej dla rezystancji obciążenia równej nieskończoność.

• dla c2 większego od zera charakterystyka przestaje być liniowa,