Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica |
---|
Wydział Elektrotechniki Automatyki Informatyki i Elektroniki |
LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH |
Przedmiot: Elektromaszynowe elementy automatyki |
Ćwiczenie: EA5 |
Rok akadem: |
Semestr: |
Rok studiów |
Grupa |
Zespół: |
1.Wprowadzenie do ćwiczenia
Silniki wykonawcze to przetworniki elektromechaniczne przeznaczone do otrzymywania jednoznacznej zależności funkcyjnej odpowiedzi mechanicznej. Może być to na przykład kąt obrotu wału lub prędkość obrotowa silnika w zależności od sygnału sterującego ( np. wartości lub fazy sygnału). Silnik wykonawczy indukcyjny dwufazowy posiada 2 uzwojenia umieszczone na stojanie przesunięte wobec siebie o 90°.Uzwojenie wzbudzenia jest zasilane napięciem o stałej amplitudzie . Uzwojenia sterowania jest zasilane w zależności od przyjętego sposobu kontroli silnika : amplitudowego, fazowego lub amplitudowo fazowego . Sterowania amplitudowe polega na zasileniu uzwojenia sterowania napięciem o regulowanej amplitudzie przy stałym przesunięciu fazowym -90° względem napięcia wzbudzenia. Sterowania fazowe polega na zasileniu uzwojenia sterowania napięciem o stałej amplitudzie przy regulowanym przesunięciu fazowym. Regulacja amplitudowo-fazowa łączy obydwa sposoby i polega na regulacji silnika napięciem o zmiennej fazie i amplitudzie.
2.Pomiar charakterystyk mechanicznych
Układ przygotowano zgodnie ze schematem zamieszczonym przy stanowisku pomiarowym. Podczas pomiaru utrzymywano stałe wartości amplitudy i fazy napięcia sterującego w czasie pomiaru danej charakterystyki. Wartościami mierzonymi były prędkość obrotowa n, napięcie prądnicy obciążającej Upm oraz prąd prądnicy obciążającej Ipm.
Moment na wale jest obliczany jest z mocy pobieranej przez prądnicę magnetoelektryczną wg zależności nr 1.
$$1).\ T = \frac{P_{\text{obc}}*100}{\Omega_{m}}\ \lbrack\text{Ncm}\rbrack$$
gdzie 2).Pobc = Upm * Ipm + Ipm2 * Rpm + ΔP0 [W]'
3). ΔP0 = 0, 00175 * n [W]
Rpm = 26 [Ω]
gdzie: Upm - napięcie prądnicy magnetoelektrycznej
Ipm – prąd prądnicy magnetoelektrycznej
Rpm – rezystancja uzwojenia trwornika prądnicy magnetoelektrycznej
ΔPo – suma strat w rdzeniu prądnicy magnetoelektrycznej i mechanicznej układu
Ωm – prędkość kątowa mechaniczna
Wyniki pomiarów i obliczeń zestawiono w tabelach 1-3. Wykres 1 przedstawia zbiorcze zestawienie charakterystyk mechanicznych zależnych od napięcia stojana i kąta przesunięcia .
Tabela 1 Ust=110V ,β=90°
n [obr/min] | Ipm [mA] | Upm [V] | UpmIpm [W] | RpmIpm2 [W] | ΔP0 [W] | Pobc [W] | T [Nm] |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1175 | 40 | 24 | 0,960 | 0,042 | 2,056 | 3,058 | 0,041 |
1171 | 44 | 24 | 1,056 | 0,050 | 2,049 | 3,156 | 0,043 |
1165 | 48 | 24 | 1,152 | 0,060 | 2,039 | 3,251 | 0,044 |
1151 | 56 | 23 | 1,288 | 0,082 | 2,014 | 3,384 | 0,047 |
1130 | 62 | 22,5 | 1,395 | 0,100 | 1,978 | 3,472 | 0,049 |
1106 | 78 | 21,5 | 1,677 | 0,158 | 1,936 | 3,771 | 0,054 |
1073 | 90 | 20 | 1,800 | 0,211 | 1,878 | 3,888 | 0,058 |
1015 | 118 | 18 | 2,124 | 0,362 | 1,776 | 4,262 | 0,067 |
977 | 134 | 16,5 | 2,211 | 0,467 | 1,710 | 4,388 | 0,071 |
947 | 152 | 15 | 2,280 | 0,601 | 1,657 | 4,538 | 0,076 |
882 | 180 | 13 | 2,340 | 0,842 | 1,544 | 4,726 | 0,085 |
Tabela 2 Ust=55V,β=90°
n [obr/min] | Ipm [mA] | Upm [V] | UpmIpm [W] | RpmIpm2 [W] | ΔP0 [W] | Pobc [W] | T [Nm] |
---|---|---|---|---|---|---|---|
831 | 30 | 17 | 0,510 | 0,023 | 1,454 | 1,988 | 0,038 |
823 | 32 | 16,5 | 0,528 | 0,027 | 1,440 | 1,995 | 0,039 |
812 | 36 | 16 | 0,576 | 0,034 | 1,421 | 2,031 | 0,040 |
794 | 38 | 15,5 | 0,589 | 0,038 | 1,390 | 2,016 | 0,040 |
773 | 42 | 15 | 0,630 | 0,046 | 1,353 | 2,029 | 0,042 |
749 | 48 | 14,5 | 0,696 | 0,060 | 1,311 | 2,067 | 0,044 |
742 | 50 | 14 | 0,700 | 0,065 | 1,299 | 2,064 | 0,044 |
725 | 56 | 13,5 | 0,756 | 0,082 | 1,269 | 2,106 | 0,046 |
698 | 60 | 12,5 | 0,750 | 0,094 | 1,222 | 2,065 | 0,047 |
658 | 70 | 11,5 | 0,805 | 0,127 | 1,152 | 2,084 | 0,050 |
625 | 80 | 10,5 | 0,840 | 0,166 | 1,094 | 2,100 | 0,053 |
Tabela 3 , Ust=55V,β=90°
n [obr/min] | Ipm [mA] | Upm [V] | UpmIpm [W] | RpmIpm2 [W] | ΔP0 [W] | Pobc [W] | T [Nm] |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1143 | 40 | 24 | 0,960 | 0,042 | 2,000 | 3,002 | 0,042 |
1141 | 42 | 24 | 1,008 | 0,046 | 1,997 | 3,051 | 0,043 |
1139 | 46 | 23,5 | 1,081 | 0,055 | 1,993 | 3,129 | 0,044 |
1129 | 50 | 23 | 1,150 | 0,065 | 1,976 | 3,191 | 0,045 |
1120 | 58 | 22,5 | 1,305 | 0,087 | 1,960 | 3,352 | 0,048 |
1102 | 62 | 22 | 1,364 | 0,100 | 1,929 | 3,392 | 0,049 |
1085 | 70 | 21 | 1,470 | 0,127 | 1,899 | 3,496 | 0,051 |
1062 | 80 | 20,5 | 1,640 | 0,166 | 1,859 | 3,665 | 0,055 |
1034 | 100 | 19,5 | 1,950 | 0,260 | 1,810 | 4,020 | 0,062 |
1020 | 104 | 19 | 1,976 | 0,281 | 1,785 | 4,042 | 0,063 |
997 | 110 | 18 | 1,980 | 0,315 | 1,745 | 4,039 | 0,064 |
Wykres 1 Charakterystyki mechaniczne silnika 2 fazowego indukcyjnego mechanicznego
4.Pomiar charakterystyki sterowania amplitudowego
Pomiar wykonano zgodnie z zaleceniami zawartymi w instrukcji. W tabeli 4 zawarto wyniki pomiarów
Tabela 4 Wyniki pomiarów n=f(Ust)
Ust [V] | n[obr/min] |
---|---|
110 | 1187 |
100 | 1153 |
90 | 1119 |
80 | 1068 |
70 | 987 |
60 | 912 |
50 | 774 |
40 | 603 |
30 | 439 |
20 | 180 |
10 | 0 |
0 | 0 |
Wykres charakterystyki przedstawiono na wykresie 2
Wykres 2 Charakterystyka sterownia amplitudowego β=90°
4.Pomiar charakterystyki sterowania fazowego
Pomiar wykonano zgodnie z zaleceniami zawartymi w instrukcji. W tabeli 5 zawarto wyniki pomiarów
Tabela 5 Wyniki pomiarów charakterystki sterowania fazowego Ust=110 V
Ust [V] | n[obr/min] |
---|---|
90 | 1190 |
80 | 1181 |
70 | 1147 |
60 | 1082 |
50 | 990 |
40 | 842 |
30 | 610 |
20 | 436 |
10 | 137 |
0 | 0 |
Wykres Charakterystyka sterowania fazowego
5.Wnioski
Silnik 2-fazowy wykonawczy posiada 3 różne możliwości sterowania. w zależności od użytej metody można uzyskać szeroką gamę różnych momentów. Charakterystyki mechaniczne są zbliżone do funkcji liniowej przez co można jednoznacznie wyznaczyć wartość obrotów i momentu.
Na wykresach 2 i 3 oprócz charakterystyki amplitudowej i częstotliwościowej naniesiono linię trendu obrazują zakładaną liniowość charakterystyki. Jak można zauważyć są on nieco bardziej wypukłe i spłaszczone . Jednakże mimo tego zachowania jest wykonawczość silnika