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
PN=1,1 kW PN=1,5 kW
nN=1450$\frac{\text{obr}}{\min}$ nN=1450$\frac{\text{obr}}{\min}$
UN=220 V UN=230 V
IN= 6,7 A IN=5,2 A
If=0,45 A If=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:
PH = UH⋅IH = 70⋅0,35= 24,5 W
ΔPobc = IH2⋅RtH = 0,352⋅4.955 = 0,607 W
Pw = PH+ΔPo+ΔPobc = 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 ωn 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.