PROGRAM W ŚRODOWISKU LABVIEW DO POMIARU I OBLICZEŃ W LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH

Transkrypt

1 XLIII SESJA STUDENCKICH KÓŁ NAUKOWYCH PROGRAM W ŚRODOWISKU LABVIEW DO POMIARU I OBLICZEŃ W LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH Wykonali: Michał Górski, III rok Elektrotechnika Maciej Boba, III rok Elektrotechnika Opiekun naukowy referatu: dr hab. inż. Wiesław Jażdżyński, prof. AGH

2 Wstęp Opracowanie dokładnego modelu silnika indukcyjnego o zmiennych parametrach pozwala na dokładniejsze kontrolowanie zjawisk w nim zachodzących. Nowoczesne układy sterowania są na tyle rozbudowane, że można w nich zaszyć funkcje parametrów maszyny. Umożliwi to wyznaczenie odpowiedniego sterowania dla dowolnego punktu pracy maszyny. Stworzenie modelu teoretycznego wiązałoby się z koniecznością użycia skomplikowanego modelu polowego. Znacznie prostszym rozwiązaniem jest wykonanie modelu obwodowego na podstawie pomiarów rzeczywistej maszyny. Metodyka wyznaczania parametrów modelu silnika klatkowego: Wyznaczanie momentu bezwładności: Moment bezwładności wyznaczony został przy nie zasilonej maszynie. Na wał silnika został nawinięty sznur. Drugi koniec przełożono przez bloczek, a na jego końcu umieszczono ciężarek. Ciężarek został spuszczony swobodnie napędzając wał do momentu uderzenia ciężarka o ziemię. Następnie wał silnika zaczął wytracać prędkość na skutek oporów ruchu. 1 2 dωr J + D = M dt dωh J + D = 0 dt dωr dωh J ( ) = M dt dt d mgd M = F = 2 2 dωr dωh mgd J ( ) = dt dt 2 mgd J = dωr dωh 2( ) dt dt Ruch wirnika można podzielić na dwa etapy: - gdy jest zewnętrzny moment działający na wirnik M>0 ( dω / dt >0) - gdy moment zewnętrzny działający na wirnik jest M=0 ( dω / dt <0)

3 Dobierając wartości jak na rysunku można wyznaczyć moment bezwładności. Środek obu przedziałów prędkości wypada przy około 2/3 wartości maksymalnej. mgd J =. d ( dω r ωh ) 2 dt dt Stan zwarcia: Przy stanie zwarcia wyznaczyliśmy rezystancję R oraz reaktancję rozproszenia X wirnika i stojana w następujący sposób: Moc zwarcia obliczyliśmy jako wartość średnią mocy chwilowej policzonej z układu Arona: P z = 1 T t + T t p( t )dt Wartość skuteczna prądu i napięcia zasilania: U z Rezystancję stojana i wirnika obliczamy: I z Ia ( t) + Ic ( t) = RMS 2 U ab ( t) + U bc ( t) = RMS 2 R = z P z 2 3 I z

4 Stan jałowy: I f => I μ, I 0w => I Fe Obliczenia wykonywane są na wielkościach fazowych na podstawie powyższego schematu zastępczego. Impedancję gałęzi podłużnej wyznaczamy na podstawie wcześniejszej analizy stanu zwarcia. Schemat pomiarowy: Interfejs komputerowy: Programy tworzone z użyciem LabVIEW firmy National Instruments nazywane są instrumentami wirtualnymi (ang. Virtual Instruments), ponieważ imitują rzeczywiste przyrządy. Bardzo przydatną cechą środowiska jest mechanizm podprogramów, tzw. SubVIs, dzięki czemu każdy wirtualny przyrząd może być użyty w innym przyrządzie jako podprogram (każdy podprogram można uruchomić oddzielnie). Przyczynia się to do znacznego ułatwienia wynajdowania błędów.

5 Panel programu do wyznaczania momentu bezwładności J. 1) Panel wprowadzania parametrów 2) Przebieg prędkości 3) Wyznaczony moment bezwładności Struktura programu od wyznaczania momentu bezwładności: Po uruchomieniu tej części programu pojawia się panel wprowadzania danych określających masę ciężarka napędzającego wirnik silnika, średnicę wału badanej maszyny oraz zakres punktów branych pod uwagę w wyznaczaniu momentu bezwładności. Po zatwierdzeniu wprowadzonych parametrów otrzymujemy przebieg prędkości wału w funkcji czasu podczas przeprowadzonej próby oraz wartość momentu bezwładności wirnika badanej maszyny.

6 Panel do wyznaczania parametrów gałęzi podłużnej: ) Panel wprowadzania parametrów 2) Wskaźniki aktualnych wartości skutecznych prądu, napięcia i mocy czynnej 3) Wyświetlacz aktualnej wartości rezystancji gałęzi podłużnej 4) Wyświetlacz aktualnej wartości reaktancji gałęzi podłużnej 5) Wyświetlacz funkcji X1+X2 =f(i/in) W tej części programu mamy możliwość wprowadzenia w panelu początkowym rezystancji stojana (jeśli wcześniej dokonaliśmy jej pomiaru). Wówczas rezystancja wirnika zostaje wyznaczona na podstawie różnicy rezystancji otrzymanej z pomiarów i podanej przez użytkownika. Jeśli natomiast wartość ta nie zostanie podana to rezystancja stojana i wirnika wyznaczona zostaje przez podzielenie obliczonej wartości na pół. W panelu z wynikami mamy możliwość kontrolowania na bieżąco wartości skutecznej prądu i napięcia oraz mocy średniej badanego silnika. Po skończonej symulacji pomiaru możemy obejrzeć otrzymane przebiegi.

7 Panel do wyznaczania parametrów gałęzi poprzecznej ) Panel wprowadzania parametrów 2) Wskaźniki aktualnych wartości skutecznych prądu napięcia i mocy czynnej 3) Wyświetlacz aktualnej wartości rezystancji R Fe 4) Wyświetlacz aktualnej wartości reaktancji X μ 5) Wyświetlacz funkcji R Fe =f(u) W programie do wyznaczania parametrów gałęzi poprzecznej musimy podać wcześniej wyznaczone parametry gałęzi podłużnej oraz straty mechaniczne danej maszyny. Obserwacja przebiegu wyników odbywa się podobnie jak w poprzednim programie.

8 Panel do prezentacji otrzymanych przebiegów. 1) Wyświetlacz funkcji R2 =f(t) 2) Wyświetlacz funkcji X1+X2 =f(i/in) 3) Wyświetlacz funkcji R Fe =f(u/un) 4) Wyświetlacz funkcji X μ =f(u/un) Panel ten został wykonany w celu dokonania końcowej analizy zmienności parametrów maszyny indukcyjnej. Uzyskane charakterystyki Przebieg rezystancji wirnika w trakcie pomiaru.

9 Przebieg reaktancji gałęzi podłużnej w funkcji prądu. Przebieg rezystancji gałęzi poprzecznej (rezystancja strat w żelazie) w funkcji napięcia zasilającego. Przebieg reaktancji magnesującej w funkcji napięcia zasilającego.

10 Wnioski: Zdobyta wiedza: Obsługa pakietu LabView Metody wyznaczania momentu bezwładności Pomiary z zastosowaniem komputera Zapoznanie się z dokładnym modelem maszyny indukcyjnej Dokonania: Wykonanie modułu do wyznaczania momentu bezwładności Wykonanie modułu do wyznaczania parametrów gałęzi poprzecznej Wykonanie modułu do wyznaczania parametrów gałęzi podłużnej Plany i pomysły: Rozszerzenie oprogramowania w zakresie pomiarów i analizy