Politechnika Warszawska Instytut Maszyn Elektrycznych
Laboratorium Maszyn w robotyce i informatyce
Nazwa ćwiczenia: Badanie silnika skokowego.
Rok akademicki: 2012/2013
Dzień: czwartek 18.04.2013

Dane znamionowe badanego silnika skokowego.

U_n = 12 [V] − napiecie znamionowe

P₁ = 82 [W] − pobor mocy

I_ph = 3, 4 [A] − prad pasma fazowego

m = 4 − liczba pasm fazowych

α_n = 3 − skok znamionowy

M_n = 2, 5 [Nm] − moment znamionowy

M_synmax = 7, 5 [Nm] − maksymalny moment synchronizujacy

M_r = 5, 4 [Nm] − moment rozruchowy

J = 4, 5 • 10⁻³ [kg•m²] − moment bezwladnosci

R_ph = 3, 5 [Ω] − rezystancja pasma fazowego

Z_ph = 25, 75 [Ω] − impedancja pasma fazowego

g_gr = 105 [Hz] − czestotliwosc graniczna

Wyznaczenie charakterystyki kątowej statycznego momentu synchronizującego M_st=f(θ).

x	θ	F	M
[cm]	[]	[N]	[N • m]
0	8,049	0	0
5	7,639	2,40345	0,721035
10	7,226	3,1392	0,94176
15	6,81	4,3164	1,29492
20	6,391	5,4936	1,64808
25	5,969	7,3575	2,20725
30	5,544	9,17235	2,751705
35	5,117	10,05525	3,016575
40	4,688	10,15335	3,046005
45	4,257	8,48565	2,545695
50	3,823	6,71985	2,015955
55	3,388	4,2183	1,26549
60	2,952	2,3544	0,70632
65	2,513	0,2943	0,08829
70	2,074	0	0

Tabela 1.Zasilone pasmo fazowe 1, komutacja symetryczna ¼.

x	θ	F	M
[cm]	[]	[N]	[N • m]
0	8,049	0	0
2	7,885	2,4525	0,73575
4	7,721	3,77685	1,133055
6	7,556	4,75785	1,427355
8	7,391	5,34645	1,603935
10	7,226	5,886	1,7658
12	7,06	6,32745	1,898235
14	6,893	6,867	2,0601
16	6,726	7,2594	2,17782
18	6,559	7,21035	2,163105
20	6,391	6,91605	2,074815
22	6,222	6,3765	1,91295
24	6,053	5,886	1,7658
26	5,884	4,905	1,4715
28	5,714	3,6297	1,08891
30	5,544	2,2563	0,67689
32	5,374	1,0791	0,32373
34	5,203	0	0

Tabela 2. Zasilone szeregowo połączone pasma 1 i 2, komutacja symetryczna ½.

Rysunek 1. Charakterystyka kątowa statycznego momentu synchronizującego.

Wyznaczenie charakterystyki maksymalnego momentu synchronizującego M_synmax=f(U_z).

Uz = 8 [V]	Uz = 9 [V]	Uz = 10 [V]	Uz = 11 [V]
Fmax	Mmax	Fmax	Mmax
[N]	[N • m]	[N]	[N • m]
8,0442	2,31326	8,77995	2,633985

Tabela 3. Maksymalne wartości statycznego momentu synchronizującego dla różnych wartości napięcia zasilania.

Rysunek 2. Charakterystyka maksymalnego momentu synchronizującego w funkcji napięcia zasilania.

Określenie błędu skoku Δα.

0	1	2	3	4
x0	θ	x1	θ	α1
[cm]	[]	[cm]	[]	[]
0	8,05	33	5,29	2,76

Tabela 4. Wyniki dla poszczególnych skoków.

Rysunek 3. Charakterystyka błędu skoku.

Wyznaczenie częstotliwości granicznej rozruchu.

Częstotliwość graniczna rozruchu jest to przedział częstotliwości w obszarze, której silnik może ze stanu spoczynku wirnika przejść do stanu ruchu, a następnie zatrzymać się nie tracąc skoku. Zwiększając stopniowo częstotliwość wyznaczyliśmy częstotliwość graniczną rozruchu f_gr = 30 [Hz].

Badanie odpowiedzi na skok jednostkowy.

Wnioski

Celem ćwiczenia było zbadanie działania reluktancyjnego silnika skokowego. Tego typu silnika są często wykorzystywane w przemyśle i stąd są nazywane silnikami wykonawczymi. Od tego typu silników wymagana jest duża dokładność ruchu.

Pierwszym punktem programu było wyznaczenie charakterystyki kątowej statycznego momentu synchronizującego dla zasilania pierwszego oraz pierwszego i drugiego pasma przy komutacji symetrycznej. Jak widać na wykresie 1. zakres pomiarowy zmniejszył się około dwukrotnie dla zasilania dwóch pasm i wynosił w przybliżeniu 3, co zgadza się z wartościami znamionowymi.

Drugim punktem badania było wyznaczenie charakterystyki maksymalnego momentu statycznego synchronizującego. Z otrzymanego wykresu wynika że wraz ze wzrostem napięcia zasilania moment rośnie. Należy również zwrócić uwagę że dla U_z = 0 [A] moment jest równy zero. Jest to charakterystyczne dla silnika reluktancyjnego. W przypadku silnika hybrydowego silnik miałby moment ustalający położenie wirnika.

Kolejnym punktem badania było wyznaczenie błędu skoku α. Z wykonanego wykresu wynika, że największy błąd wystąpił przy pierwszym skoku i wynosił α₁ = 0, 12. Przy dalszej pracy silnika błąd malał. Może to wynikać z tego przy rozruchu silnik początkowo ustalał swój rytm pracy.

Przy badaniu odpowiedzi silnika na skok jednostkowy przy użyciu programu MATLAB można zauważyć lekkie oscylacje wirnika (amplituda przeregulowań). Dzięki temu wykresowi można określić częstość drgań własnych układu i po porównaniu z częstotliwością impulsów sterujących uniknąć rezonansu oraz utraty stabilnej pracy silnika.