Politechnika Świętokrzyska Katedra Energoelektroniki
Laboratorium Napędu Elektrycznego i Automatyki Napędu
Ćwiczenie nr: 4 Temat: Badanie kaskady stało momentowej w układzie otwartym.
Data wykonania: 11.01.2010

Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z układem regulacji prędkości obrotowej na stały moment oraz wyznaczenie charakterystyk regulacyjnych.

Wstęp

Prędkość idealnego biegu jałowego silnika indukcyjnego jest określona wzorem:

Zgodnie z równaniem mamy trzy sposoby regulacji prędkości kątowej silników indukcyjnych:

• zmiana częstotliwości zasilania stojana ,

• zmiana liczby par biegunów ,

• zasilanie wirnika silnika pierścieniowego () lub zmiana częstotliwości prądów
  wirnika .

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.

Charakterystyka regulacyjna przy regulacji prędkości obrotowej w układzie kaskadowym na stały moment przy regulacji oraz obciążeniu stało momentowym.

Charakterystyka regulacyjna przy regulacji prędkości obrotowej w układzie kaskadowym na stały moment przy regulacji oraz obciążeniu stało momentowym.

Charakterystyka regulacyjna przy regulacji prędkości obrotowej w układzie kaskadowym na stałą moc.

Schemat układu pomiarowego

Schemat układu regulacji stało momentowej.

Tabele pomiarowe

1. regulacyjna

Lp.
-
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

1. dla dwóch wstępnie zadanych prędkości

Lp.
-
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

1. dla stałej prędkości

Lp.
-
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

Obliczenia

Ponieważ watomierze włączone były na napięcie wskazania trzeba było wymnożyć przez aby uzyskać właściwą moc.

; wzór na przejście z prędkości w obrotach na minutę na radiany na sekundę

; wzór na moment elektryczny w niutonometrach

;

Wykresy i charakterystyki

Charakterystyka regulacyjna, otrzymana przy braku obciążenia na wale (prądnica obciążająca silnik jest niewzbudzona ) 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.

Charakterystyki dla dwóch wstępnie zadanych prędkości, silnik obciążany momentem obciążenia.

Charakterystyki dla dwóch wstępnie zadanych prędkości, zależność prędkości obrotowej od napięcia

Charakterystyka stałej prędkości przy zmiennym momencie obciążenia i regulacji momentu silnika.

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.