Politechnika Warszawska. Instytut Maszyn Elektrycznych. Laboratorium Maszyn Elektrycznych Malej Mocy BADANIE SELSYNÓW. Warszawa 2003.

Transkrypt

1 Politechnika Warszawska Instytut Maszyn Elektrycznych Laboratorium Maszyn Elektrycznych Malej Mocy BADANIE SELSYNÓW Warszawa 003.

2 1. PROGRAM ĆWICZENIA. Program ćwiczenia obejmuje zbadanie podstawowych właściwości selsyna nadawczego, oraz selsynów pracujących w łączu wskaźnikowym i transformatorowym.. BADANIE SELSYNA NADAWCZEGO..1. Wyznaczanie położenia zerowego. Położeniem zerowym selsyna nazywa się takie ustawienie wirnika w stosunku do stojana, w którym oś magnetyczna uzwojenia wzbudzenia pokrywa się z osią magnetyczną pasma S1; obie osie leżą wtedy w jednej linii i mają zgodny zwrot. Metoda wyznaczania położenia zerowego opiera się na sumowaniu dwóch napięć: napięcia wzbudzenia o stałej wartości skutecznej U w i napięcia indukowanego w paśmie S1 o wartości skutecznej U s1 zależnej od kąta α przesunięcia osi magnetycznych tych uzwojeń. W położeniu zerowym suma tych napięć osiąga maksimum. Na rys.1 przedstawiono schemat układu pomiarowego i przykładowy przebieg napięć. Rys.1. Schemat układu pomiarowego i przykładowy przebieg napięć. Przedstawiona metoda pozwala na jednoznaczne określenie położenia zerowego, gdyż w zakresie pełnego obrotu wirnika jest tylko jedno położenie, w którym suma napięć U w i U s1 osiąga maksimum. Metoda ta nie odznacza się zbyt dużą dokładnością, gdyż w otoczeniu poszukiwanego położenia sumaryczne napięcie zmienia się nieznacznie ("grzbiet" sinusoidy). Dokładność wyznaczania położenia zerowego można zwiększyć dołączając do zacisków S i S3 czuły przyrząd (miliwoltomierz, miliamperomierz), który w położeniu zerowym powinien wskazać wartość zero (w obwodzie utworzonym przez pasma S i S3 oraz dołączony przyrząd napięcia U s i U s3 są sobie równe i przeciwnie skierowane). Większa dokładność wynika z faktu, że przy odchyleniu od położenia zerowego jedno z tych napięć szybko rośnie, a drugie maleje, a więc ich różnica, na którą reaguje dołączony przyrząd rośnie jeszcze szybciej. Postępowanie uściślające wyznaczanie położenia zerowanego nie może jednak zastąpić pierwszego etapu, gdyż różnica napięć U s i U s3 osiąga wartość zerową nie tylko przy α = 0, ale również przy α = π. Postępowanie praktyczne: połączyć układ zgodnie ze schematem podanym na rys.1; do uzwojenia wzbudzenia doprowadzić napięcie o wartości zbliżonej do znamionowej;

3 obracając pokrętłem przekładni sterującej i obserwując wskazania woltomierza V znaleźć położenie, w którym wskazanie to osiągnie maksimum; dołączyć do zacisków S i S3 miliwoltomierz i doregulować położenie wirnika tak, aby jego wskazanie osiągnęło wartość możliwie najbliższą zera; ustawić skalę nastawną selsyna na zero i zablokować dwoma śrubami. Po ustawieniu położenia zerowego wykonać pomiary napięcia sumarycznego wskazanego przez woltomierz V i napięcia wskazanego przez woltomierz dołączony do zacisków S - S3 w funkcji kąta α zmienianego w zakresie (kąt α należy mierzyć za pomocą przetwornika obrotowo-impulsowego i licznika impulsów). Wyniki pomiarów przedstawić graficznie we wspólnym układzie współrzędnych... Pomiar napięć indukowanych w uzwojeniach synchronizacji. Schemat układu pomiarowego przedstawiono na rys.. Tok postępowania: Rys.. Schemat układu pomiarowego do badania napięć indukowanych. Do uzwojenia wzbudzenia doprowadzić napięcie znamionowe i utrzymywać je stałe w czasie pomiarów. Wychodząc z położenia zerowego wyznaczonego w p..1 i utrwalonego na kątomierzu mechanicznym wykonać pomiary napięć indukowanych w pasmach uzwojenia synchronizacji S1, S i S3 w funkcji kąta α dla wartości nastawianych pokrętłem samohamownej przekładni redukcyjnej w zakresie (kąt α należy mierzyć za pomocą przetwornika obrotowo-impulsowego i licznika impulsów). Wyniki pomiarów przedstawić we wspólnym układzie współrzędnych. Dla kątów α=0 ; 30 ; ; k30 ; ;330 narysować wykresy wektorowe zmierzonych napięć indukowanych..3. Pomiar dokładności selsyna nadawczego. Schemat układu pomiarowego przedstawiono na rys.3. 3

4 Rys. 3. Schemat układu pomiarowego do badania dokładności selsyna. Badanie polega na określeniu rzeczywistych położeń a wirnika względem stojana, dla których napięcia skojarzone kolejno osiągają wartość minimalną (zbliżoną do zera). Teoretycznie powinno to być dla położeń : α 0 =0 ; 60 ; 10 ; 180 ; 40 i 300. Różnica między kątem zmierzonym a teoretycznym jest błędem wynikającym z niedoskonałości konstrukcji i wykonania selsyna. Wyniki pomiarów i obliczeń zamieścić w pomiarowej tabelce 1. Tabelka 1. Napięcie U -3 U U U U U α α 0 α α0 0 W oparciu o przeprowadzone pomiary należy obliczyć tzw. błąd maksymalny jako połowę sumy bezwzględnych wartości dwóch największych odchyleń różnych znaków: max = ( α α ) + ( α α ) 0 max 0 max+.4. Pomiar impedancji wyjściowej selsyna nadawczego i obliczenie stosunku R/X dla położenia poprzecznego. Schemat układu pomiarowego przedstawiono na rys. 4. 4

5 Rys. 4. Schemat układu pomiarowego. W przedstawionym na rys.4 układzie pomiarowym należy przeprowadzić pomiary napięcia U i prądu I dla położeń wirnika zmienianych co 10 od położenia zerowego do 90 (położenie poprzeczne). Dla wszystkich pomiarów należy utrzymywać stałą wartość napięcia, równą ok. 0,4 wartości napięcia indukowanego w paśmie synchronizacji w podłużnym ustawieniu wirnika i przy znamionowym napięciu wzbudzenia (wartość tę należy odczytać z pomiarów wykonanych w p..). Dzięki takiemu obniżeniu napięcia uzyskuje się stan nienasycony obwodu magnetycznego. Rezystancja pasma 0-S1 wynosi 11,1 Ω. Dla wszystkich punktów pomiarowych należy obliczyć: impedancję pasma: -reaktancję pasma: U Z = I X = Z R i narysować wykres reaktancji w funkcji położenia kątowego: X = f (α). Z wykresu odczytać wartość reaktancji X q dla położenia poprzecznego (α = 90 ) i obliczyć stosunek R/X q Uwaga! Postępowanie powyższe jest postępowaniem uproszczonym, gdyż przyjmuje się, że rezystancja pasm ma wartość stałą i jest równa rezystancji dla prądu stałego. W prawidłowym postępowaniu należałoby oprócz napięcia i prądu mierzyć jeszcze moc czynną pobieraną przez pasmo 0-S1 i obliczyć odpowiednią rezystancję ze wzoru R = P Jednak ze I względu na niską wartość współczynnika mocy cosϕ należałoby stosować specjalny watomierz do pomiaru mocy przy niskim współczynniku mocy. Przy stosowaniu zwykłego watomierza wychylenia wskazówki są tak małe, że wynik pomiaru jest niewiarygodny. 3. BADANIE SELSYNOWEGO ŁĄCZA WSKAŹNIKOWEGO Pomiar dokładności przekazywania położenia kątowego. Selsyn nadawczy SN należy połączyć z selsynem odbiorczym SO i dołączyć zasilanie obwodów wzbudzenia zgodnie ze schematem podanym na rys. 5. 5

6 Rys. 5. Schemat układu pomiarowego do badania dokładności wskazań. Następnie należy wyzerować łącze. Polega to na zasileniu obwodów wzbudzenia napięciem o wartości znamionowej i ustawieniu selsyna nadawczego SN w położeniu zerowym. Wówczas, po samoczynnym ustawieniu się selsyna odbiorczego SO w jego położeniu zerowym, ustawić skalę tego selsyna tak, aby zero skali kątomierza pokrywało się z podświetloną kreską. Pomiary polegają na zadawaniu szeregu kolejnych wartości kąta a (w granicach 0±π) obrotu wirnika selsyna nadawczego i porównywaniu tego kąta z odpowiedzią (przesunięciem kątowym β) wirnika selsyna odbiorczego. W łączu idealnym kąty te byłyby sobie równe, natomiast w łączu zbudowanym z selsynów rzeczywistych wystąpi niezgodność kątów α i β spowodowana szeregiem przyczyn. Ze względu na znaczną różnicę w dokładności odczytu kąta nastawy wirnika selsyna nadawczego (przetwornik obrotowo-impulsowy o rozdzielczości: 1 impuls odpowiada kątowi 0,07 ) i selsyna odbiorczego (zwykła skala z podziałką co 0,5 ), należy przyjąć następujący tok postępowania: pokrętłem selsyna nadawczego ustawić kąt odpowiedzi β selsyna odbiorczego na "okrągłą" wartość zaznaczoną kreską na skali kątomierza (Uwaga: ruch pokrętła powinien odbywać się absolutnie tylko w jedną stronę, co oznacza, że nie wolno cofać pokrętła w przypadku przekroczenia planowanej nastawy!); odczytać na liczniku impulsów liczbę impulsów i przeliczyć ją na kąt α selsyna nadawczego; obliczyć kąt niezgodności δ = α - β. Pomiary przeprowadzić co 10 zmieniając kąt nadajnika w zakresie pełnego obrotu w prawo, a następnie w lewo. Wykonać wykres kąta niezgodności δ = f (β) dla prawego i lewego kierunku obrotu nadajnika. 3.. Określenie uchybu selsyna odbiorczego w łączu wskaźnikowym. Z wykresu sporządzonego w p.3.1 odczytać wartości maksymalne kąta niezgodności δ dla prawego δ max p i lewego δ max l kierunku obrotu i obliczyć uchyb w badanym łączu wg wzoru: 6

7 δ max = δ max p + δ max l 3.3. Pomiar momentu synchronizującego w łączu wskaźnikowym. Badanie polega na wymuszeniu zewnętrznym momentem szeregu wartości kąta niezgodności δ przy równoczesnym pomiarze wartości tego momentu. Tok postępowania jest następujący: wyzerować łącze wg wskazówek jak w p.3.1; przy niezmienianej nastawie selsyna nadawczego zmieniać pokrętłem wysokość zawieszenia dynamometru połączonego nitką z kółkiem na wałku selsyna odbiorczego i wymuszać w ten sposób wychylenia jego wirnika z położenia zerowego o kąt odczytywany na skali kątomierza. Pomiary kąta niezgodności δ (równego w tym przypadku kątowi wychylenia wirnika selsyna odbiorczego β (α=0!)) i odpowiadającej każdemu kątowi siły F wskazanej przez dynamometr przeprowadzić w zakresie zmian kąta β w granicach od 0 do 90, zagęszczając pomiary przy małych kątach (w przedziale 0 10 ) i przy kątach zbliżonych do 90, kiedy nastąpi gwałtowne zerwanie stanu równowagi (nachylenie charakterystyki zmienia znak). Obliczyć moment synchronizujący M łącza mnożąc siłę F wskazaną przez dynamometr przez promień (r = 1,5 cm) kółka na którym nawinięta jest nić połączona z dynamometrem. Sporządzić wykres momentu M w funkcji kąta δ (równego β) Wyznaczenie momentu maksymalnego i sztywności łącza. Na wykresie sporządzonym w p.3.3 odczytać wartość maksymalną momentu (M max = [N cm]) oraz wyznaczyć graficznie sztywność momentu synchronizującego (S M = [N cm/stopień]), czyli nachylenie charakterystyki momentu M = f(s) w punkcie δ = 0. (Uwaga: dla zwiększenia dokładności tej operacji graficznej zaleca się uzupełnienie wykresu M = f (δ) wyznaczonego w p.3.3 wykresem -M = f(-δ) i na tak rozszerzonym wykresie narysować styczną do charakterystyki w punkcie δ = 0; rys. 6). Rys. 6. Ilustracja sposobu zwiększenia dokładności określenia sztywności łącza. 4. BADANIE SELSYNOWEGO ŁĄCZA TRANSFORMATOROWEGO Pomiar napięcia wyjściowego selsyna transformatorowego. Pomiar napięcia wyjściowego przeprowadza się w układzie połączeń przedstawionym na rys. 7. 7

8 Rys. 7. Schemat układu połączeń do badania łącza transformatorowego. Przed przystąpieniem do pomiarów należy łącze wyzerować, tzn.: doprowadzić do wzbudzenia selsyna nadawczego napięcie znamionowe i ustawić jego wirnik w położeniu zerowym; ustawić wirnik selsyna transformatorowego w położeniu, w którym woltomierz dołączony do zacisków jego uzwojenia wzbudzenia (jest to uzwojenie wyjściowe selsyna transformatorowego) wskaże wartość minimalną (teoretycznie zero) i w tym położeniu wirnik zablokować mechanicznie (możliwe są dwa takie położenia). Po wyzerowaniu łącza wykonać pomiary napięcia wyjściowego selsyna transformatorowego w funkcji kąta α nastawianego w selsynie nadawczym i mierzonego za pomocą licznika impulsów. Kąt α zmieniać w zakresie od 0 do 360, przy czym należy zagęścić pomiary w przedziale Wyniki pomiarów przedstawić graficznie na wykresie U = f (α). 4.. Określenie sztywności napięciowej selsyna transformatorowego. Na wykresie sporządzonym w p.4.1 wykreślić styczną do charakterystyki U =f(α) w punkcie α=0. Dla zwiększenia dokładności tej operacji graficznej można postępować analogicznie jak przy określaniu sztywności momentu opisanym w p Wyznaczyć nachylenie wykreślonej stycznej, które jest nazywane sztywnością napięciową: S V = [V/stopień] Pomiar błędu położenia β i strefy nieczułości selsyna transformatorowego. Ze względu na stosowane w ćwiczeniu różne sposoby pomiaru położenia kątowego w selsynie nadawczym i selsynie transformatorowym należy przyjąć następujący tok postępowania: po wyzerowaniu łącza ustawiać położenie kątowe β selsyna transformatorowego kolejno: p=30, 60 o,.,.,k30 o,...,330, blokując mechanicznie to położenie; dla każdego położenia doregulować położenie α wirnika selsyna nadawczego obracając go w jednym (w tym samym co wirnik selsyna transformatorowego) kierunku tak, aby napięcie wyjściowe selsyna transformatorowego osiągnęło wartość minimalną (teoretycznie zero); dla kolejnych położeń obliczyć δ = α - β. Jest to błąd położenia. 8

9 Postępowanie powtórzyć blokując wirnik selsyna transformatorowego w tych samych położeniach co poprzednio, lecz w odwrotnej kolejności (tj. dla drugiego kierunku obracania wirnika) i analogicznie doregulowywać położenie selsyna nadawczego. Na podstawie pomiarów sporządzić wykres zależności δ = f (β) dla prawego i lewego kierunku zmian nastawienia wirników, oraz strefy nieczułości: = δ + δ Określić maksymalną wartość strefy nieczułości oraz błąd łącza: δ prawo + δ max lewo δ = max prawo lewo 9