POLITECHNIKA LUBELSKA w LUBLINIE	Laboratorium Napędów Elektrycznych Ćwiczenie Nr 27
Imię i Nazwisko: Szychulec Adam Skorupski Tomasz Szkuat Michał Talarek Mariusz	Semestr V
Temat ćwiczenia: Badanie obcowzbudnego silnika prądu stałego sterowanego trójfazowym prostownikiem trójpulsowym w obwodzie twornika.	Data wykonania: 01.03.2012r.

1. Dane znamionowe badanego silnika i prądnicy hamowniczej :

Silnik Prądnica hamownicza

P_N=1,1 kW P_N=1,5 kW

n_N=1450$\frac{\text{obr}}{\min}$ n_N=1450$\frac{\text{obr}}{\min}$

U_N=220 V U­­_N=230 V

I_N= 6,7 A I_N=5,2 A

I_f=0,45 A I_f=0,37 A

...

2.Przebiegi wartości chwilowych przebiegów prądów i napięć zaobserwowane na oscyloskopie.

Zdjęcie 1. Górny przebieg napięcie, dolny przebieg prąd.

3. Badanie układu napędowego bez sprzężenia zwrotnego oraz z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego.

Układ pomiarowy:

Rys.1 Schemat układu pomiarowego

Przykładowe obliczenia:

P_H = U_H⋅I_H = 70⋅0,35= 24,5 W

ΔP_obc = I_H²⋅R_tH = 0,35²⋅4.955 = 0,607 W

P_w = P_H+ΔP_o+ΔP_obc = 24,5+19+0,607 = 44,107 W

M === 4.05 Nm

𝜔 = U 𝜔*c 𝜔 =36*1,042=37,512 rad/s

Tabele pomiarów i wyników:

	no	L.p	Ut	It	UH	IH	U𝜔	PH	∆Po	∆Pobc	Rth	Pw	𝜔	M
	[obr/min]	-	[V]	[A]	[V]	[V]	[V]	[W]	[W]	[W]	[Ω]	[W]	[rad/s]	[Nm]
UAS	500	1	75	0,7	90	0	50	0	26	0,000	4,955	26,000	52,100	0,499
		2	60	1,15	70	0,35	36	24,5	19	0,607	4,955	44,107	37,512	1,176
		3	50	1,2	55	0,5	32	27,5	16	1,238	4,950	44,738	33,344	1,342
		4	42	1,8	75	0,8	27	60	14	3,146	4,915	77,146	28,134	2,742
		5	42	2,1	40	1	24	40	12	4,900	4,900	56,900	25,008	2,275
		6	40	2,4	35	1,5	22	52,5	10	10,935	4,860	73,435	22,924	3,203
		7	40	3,2	30	2	22	60	10	19,160	4,790	89,160	22,924	3,889
		8	40	2,41	25	2,7	20	67,5	9	34,628	4,750	111,128	20,840	5,332
		9	40	4,8	22	3	19	66	9	42,660	4,740	117,660	19,798	5,943
	800	1	117	0,9	145	0	80	0	45	0,000	4,955	45,000	83,360	0,540
		2	80	1,6	95	0,5	52	47,5	28	1,238	4,950	76,738	54,184	1,416
		3	75	1,8	85	0,6	48	51	25	1,778	4,940	77,778	50,016	1,555
		4	68	1,9	75	0,8	44	60	23	3,155	4,930	86,155	45,848	1,879
		5	60	2,2	64	1	36	64	19	4,900	4,900	87,900	37,512	2,343
		6	60	2,8	60	1,5	36	90	19	10,935	4,860	119,935	37,512	3,197
		7	58	4	45	2,5	32	112,5	16	29,656	4,745	158,156	33,344	4,743
		8	55	4,7	40	3	30	120	15	42,660	4,740	177,660	31,260	5,683
		9	55	5,4	33	3,5	28	115,5	14	57,881	4,725	187,381	29,176	6,422
		10	55	6,2	30	4	26	120	13	75,584	4,724	208,584	27,092	7,699
	1100	1	160	1	200	0	110	0	69	0,000	4,955	69,000	114,620	0,602
		2	120	1,6	140	0,5	80	70	45	1,238	4,950	116,238	83,360	1,394
		3	108	1,8	125	0,7	72	87,5	40	2,401	4,900	129,901	75,024	1,731
		4	95	2,2	105	1	62	105	34	4,900	4,900	143,900	64,604	2,227
		5	85	2,6	90	1,3	52	117	28	8,239	4,875	153,239	54,184	2,828
		6	80	3	80	1,5	48	120	25	10,935	4,860	155,935	50,016	3,118
		7	80	3,5	75	2	48	150	25	19,160	4,790	194,160	50,016	3,882
		8	78	4,1	70	2,5	46	175	24	29,656	4,745	228,656	47,932	4,770
		9	77	4,8	65	3	44	195	23	42,660	4,740	260,660	45,848	5,685
		10	76	5,5	60	3,5	42	210	21	57,881	4,725	288,881	43,764	6,601
UAS - zwarty dławik	1100	1	160	1	200	0	110	0	69	0,000	4,955	69,000	114,620	0,602
		2	102	1,9	120	0,8	68	96	39	3,155	4,930	138,155	70,856	1,950
		3	92	2,2	105	1	60	105	32	4,900	4,900	141,900	62,520	2,270
		4	75	2,8	77	1,5	48	115,5	25	10,935	4,860	151,435	50,016	3,028
		5	60	3,4	57	2	36	114	19	19,160	4,790	152,160	37,512	4,056
		6	57	3,6	50	2,2	32	110	16	23,159	4,785	149,159	33,344	4,473

Tabela 1. Wyniki pomiarów i obliczeń dla otwartego układu napędowego.

	no	L.p	Ut	It	UH	IH	U𝜔	PH	∆Po	∆Pobc	Rth	Pw	𝜔	M
	[obr/min]	-	[V]	[A]	[V]	[V]	[V]	[W]	[W]	[W]	[Ω]	[W]	[rad/s]	[Nm]
UAR	500	1	73	0,8	90	0	50	0	26	0,000	4,955	26,000	52,100	0,499
		2	73	1,6	83	0,7	48	58,1	25	2,401	4,900	85,501	50,016	1,709
		3	74	2	83	1	48	83	25	4,900	4,900	112,900	50,016	2,257
		4	76	2,8	80	1,5	48	120	25	10,935	4,860	155,935	50,016	3,118
		5	79	3,4	77	2	48	154	25	19,160	4,790	198,160	50,016	3,962
		6	80	4	75	2,5	48	187,5	25	29,656	4,745	242,156	50,016	4,842
		7	80	4,8	70	3	48	210	25	42,660	4,740	277,660	50,016	5,551
		8	80	5,6	65	3,5	46	227,5	24	57,881	4,725	309,381	47,932	6,455
		9	84	5,8	65	3,75	46	243,75	24	66,305	4,715	334,055	47,932	6,969
	800	1	113	0,9	143	0	80	0	45	0,000	4,955	45,000	83,360	0,540
		2	117	1,4	140	0,5	80	70	45	1,238	4,950	116,238	83,360	1,394
		3	117	2	140	0,8	80	112	45	3,146	4,915	160,146	83,360	1,921
		4	118	2,3	135	1	80	135	45	4,900	4,900	184,900	83,360	2,218
		5	118	2,9	130	1,5	78	195	44	10,935	4,860	249,935	81,276	3,075
		6	120	3,4	130	2	78	260	44	19,160	4,790	323,160	81,276	3,976
		7	122	4,2	125	2,5	78	312,5	44	29,656	4,745	386,156	81,276	4,751
		8	123	4,8	122	3	78	366	44	42,660	4,740	452,660	81,276	5,569
		9	124	5,6	119	3,5	78	416,5	44	57,881	4,725	518,381	81,276	6,378
		10	125	6,2	115	4	78	460	44	75,440	4,715	579,440	81,276	7,129
	1100	1	157	1	198	0	110	0	69	0,000	4,955	69,000	114,620	0,602
		2	160	2	190	0,7	108	133	68	2,401	4,900	203,401	112,536	1,807
		3	160	2,4	185	1	108	185	68	4,900	4,900	257,900	112,536	2,292
		4	160	3	184	1,5	108	276	68	10,935	4,860	354,935	112,536	3,154
		5	160	3,6	178	2	108	356	68	19,160	4,790	443,160	112,536	3,938
		6	162	4,2	175	2,5	108	437,5	68	29,656	4,745	535,156	112,536	4,755
		7	164	4,8	173	3	108	519	68	42,660	4,740	629,660	112,536	5,595
		8	166	5,5	170	3,5	108	595	68	57,881	4,725	720,881	112,536	6,406
		9	168	6	165	3,9	108	643,5	68	71,791	4,720	783,291	112,536	6,960

Tabela 2. Wyniki pomiarów i obliczeń dla zamkniętego układu napędowego.

Względny spadek prędkości kątowej(no 500 obr/min):

ΔΩ = = = 8% → dla UAR

ΔΩ == 62 % → dla UAS

Względny spadek prędkości kątowej(no 800 obr/min):

ΔΩ = = = 2.5 % → dla UAR

ΔΩ == 67,5 % → dla UAS

Względny spadek prędkości kątowej(no 1100 obr/min):

ΔΩ = = = 1.8 % → dla UAR

ΔΩ == 61,8 % → dla UAS

ΔΩ == 70,9 % → dla UAS (zwarty dławik)

gdzie ω_n jest prędkością kątową przy znamionowym obciążeniu (dla UAS nie udało się uzyskać znamionowego obciążenia - do obliczeń została wzięta prędkość otrzymana przy największym ze zmierzonych prądzie twornika)

Charakterystyki wyznaczone na podstawie pomiarów i obliczeń:

Wykres 1. Zależność prędkości kątowej od momentu na wale dla różnych nastaw prędkości początkowej (w stanie jałowym).

Wykres 2. Porównanie charakterystyk prędkości kątowej od momentu na wale dla układu otwartego przy nastawionej prędkości 1100 obr/min z dławikiem w oraz bez.

4. Wnioski:

W ćwiczeniu badaliśmy obcowzbudny silnik prądu stałego zasilany z sieci trójfazowej poprzez trójpulsowym prostownik napięcia. Podczas nastawiania odpowiedniej prędkości silnika w stanie znamionowym, obserwowaliśmy na oscyloskopie zmianę kątów wysterowania tyrystorów a także przebieg prądu przy tych zmianach. Badaliśmy układ dla 3 prędkości początkowych (w stanie jałowym) 500, 800 i 1100 [obr/min] przy otwartej i przy zamkniętej pętli zwrotnej. Dla układu otwartego przy no=1100 obr/min badaliśmy także jak zachowuje się układ w przypadku zwarcia dławika. Z wyznaczonych przeze mnie charakterystyk oraz obliczonego względnego spadku prędkości, wyraźnie widać że w przypadku układu otwartego prędkość kątowa przy zwiększaniu momentu na wale spada początkowo bardzo szybko potem trochę wolniej (ma kształt hiperboliczny) spadki względne wahają się w granicach 60% do 70%. Dla układu otwartego są to wartości 8% przy no=500 obr/min a dla pozostałych przypadków w okolicach 2%. Wyniki te potwierdzają skuteczność działania obwodu automatycznej stabilizacji prędkości kątowej wału maszyny. Z porównania charakterystyk układu z dławikiem oraz bez widzimy iż w przypadku braku dławika w układzie prędkość kątowa spada szybciej niż w przypadku układu z dławikiem. Podsumowując w badanym ćwiczeniu poznaliśmy zalety obwodu automatycznej stabilizacji prędkości kątowej wału maszyny, oraz zbadaliśmy wpływ dławika na przebiegi charakterystyk mechanicznych silnika obcowzbudnego prądu stałego.