POLITECHNIKA GDAŃSKA Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych LABORATORIUM

Transkrypt

1 POLITECHNIKA GDAŃSKA Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych LABORATORIUM S Y S T E M Y E L E K T R O M E C H A N I C Z N E TEMATYKA ĆWICZENIA SILNIKI PRĄDU STAŁEGO BADANIE CHARAKTERYSTYK DYNAMICZNYCH ZASTOSOWANIE POMIARÓW KOMPUTEROWYCH Materiały pomocnicze Kierunek Elektrotechnika Studia niestacjonarne 2-giego stopnia semestr 1 Opracowali Mieczysław RONKOWSKI Marek KAMIŃSKI Grzegorz KOSTRO Michał MICHNA GDAŃSK

2 2 M. RONKOWSKI, M. KAMIŃSKI, G. KOSTRO, M. MICHNA ĆWICZENIE SILNIKI PRĄDU STAŁEGO BADANIE CHARAKTERYSTYK DYNAMICZNYCH ZASTOSOWANIE POMIARÓW KOMPUTEROWYCH Program ćwiczenia 1. CEL ĆWICZENIA RZUT OKA NA ZASTOSOWANE KOMPUTEROWE TECHNIKI POMIAROWE BADANIA DOŚWIADCZALNE WYBRANYCH STANÓW PRACY DYNAMICZNEJ SILNIKA Oględziny zewnętrzne Badanie rozruchu silnika przy braku obciążenia na wale Badanie rozruchu silnika przy obciążeniu na wale PYTANIA KONTROLNE ZADANIA SPRAWOZDANIE LITERATURA CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest: opanowanie zastosowania komputerowych technik pomiarowych do badania właściwości dynamicznych silnika prądu stałego (obcowzbudnego); wykonanie badań doświadczalnych wybranych stanów pracy dynamicznej silnika prądu stałego: rozruchu silnika przy braku obciążenia na wale (załączanie napięcia stałego do obwodu twornika przy otwartym obwodzie mechanicznym ), rozruchu silnika przy obciążeniu na wale (załączanie napięcia stałego do obwodu twornika przy obciążonym obwodzie mechanicznym ), porównanie wyników badań symulacyjnych z wynikami badań doświadczalnych. 2. RZUT OKA NA ZASTOSOWANE KOMPUTEROWE TECHNIKI POMIAROWE Przebiegi czasowe wielkości charakterystycznych dla stanów dynamicznych silnika prądu stałego a mogą być rejestrowane za pomocą dwóch układów pomiarowych (do wyboru): 4-ro kanałowy oscyloskop cyfrowy firmy Tektronix ze złączem GPIB oraz komputer PC wyposażony w kartę GPIB do zapisu wyników pomiarów na dysku; komputer PC wyposażony w kartę pomiarową typu PCI-MIO-16E-4 firmy National Instruments. Układ pierwszy jest układem klasycznym, więc nie wymaga wyjaśnienia zasady jego działania. W przypadku układu drugiego sercem jest wymieniona karta pomiarowa, która posiada: 16 pojedynczych lub 8 różnicowych wejściowo/wyjściowych kanałów analogowych przy czym: o maksymalne napięcie pracy ±11 [V] przy zabezpieczeniach przepięciowych ±25 [V], o FIFO bufer (rozmiar kolejki) 512 [S], o przetwornik analogowo cyfrowy 12 bitowy, o częstotliwość próbkowania 500 [ks/s]; 2 analogowe wyjścia 12 bitowe; 8 wejściowo/wyjściowych kanałów cyfrowych; 2 wyjścia czasowe;

3 Ćwiczenie: BADANIE DYNAMIKI SILNIKA PRĄDU STAŁEGO. Pomiary komputerowe 3 1 wyjście zewnętrznego wyzwalania. Rozdzielczość karty PCI-MIO-16E-4 wynika z zastosowania 12 bitowego przetwornika A/C (4096 poziomów dla danego zakresu). W tabeli 1 przedstawiono zakres pomiarowy oraz dokładności karty w zależności od przyjętego wzmocnienia. Tablica 1. Zakresy pomiarowe karty PCI-MIO-16E-4 firmy National Instruments KONFIGURACJA ZAKRESU 0 do +10 V 0 do +10 V WZMOCNIENIE ZAKRES DOKŁADNOŚĆ POMIAROWY do +10 V 2.44 mv do +5 V 1.22 mv do +2 V µv do +1 V µv do +500 mv µv do +200 mv µv do +100 mv µv do +10 V 4.88 mv do +5 V 2.44 mv do +2.5 V 1.22 mv do +1 V µv do +500 mv µv do +250 mv µv do +100 mv µv do +50 mv µv Zasady doboru częstotliwości próbkowania i skanowania: dostępny zakres częstotliwości: 0, pts/s dla jednego kanału; maksymalna częstotliwość próbkowania zmniejsza się tylokrotnie ile chcemy skanować kanałów; należy tak dobrać obie częstotliwości by zachować minimalny czas pomiędzy odczytem ostatniego kanału w jednej sekwencji skanowania, a odczytem pierwszego kanału następnej sekwencji ( t Scan ) (dla karty PCI-MIO-16E-4 czas ten wynosi t Samp = 4µs); należy uwzględnić dłuższy czas opóźnienia międzykanałowego, w przypadku zmiany wzmocnienia w dwóch sąsiednich kanałach na wyższą. Dalsze szczegóły dotyczące zasad pomiaru z zastosowaniem karty pomiarowej typu PCI-MIO-16E-4 opisano w Instrukcja Programu NIDAQScope rejestracji pomiarów z zastosowaniem karty pomiarowej National Instruments MIO-PCI 16E4 i komputera PC (dostępna na: 3. BADANIA DOŚWIADCZALNE WYBRANYCH STANÓW PRACY DYNAMICZNEJ SILNIKA 3.1. Oględziny zewnętrzne Dokonać oględzin zewnętrznych badanego silnika prądu stałego i urządzeń wchodzących w skład układu pomiarowego. Należy, przede wszystkim, dokładnie zanotować dane zawarte w tabliczce znamionowej silnika oraz wartości parametrów modelu obwodowego (patrz instrukcja do ćwiczenia Maszyny prądu stałego: Badanie silników Laboratorium ME I sem. IV oraz instrukcja do części A niniejszego ćwiczenia) Badanie rozruchu silnika przy braku obciążenia na wale Badanie rozruchu silnika polega na wykonaniu kolejno czynności: załączeniu stałego napięcia zasilania do obwodu wzbudzenia i ustawieniu prądu wzbudzenia silnika wg zadanej wartości;

4 4 M. RONKOWSKI, M. KAMIŃSKI, G. KOSTRO, M. MICHNA załączeniu skokowym stałego napięcia zasilania do obwodu twornika przy braku obciążenia na wale (otwarty obwód mechaniczny ) i zerowej początkowej prędkości obrotowej; rejestracji przebiegów czasowych: napięcia i prądu twornika, prądu wzbudzenia i prędkości obrotowej; pomiarze wartości ustalonych: napięcia i prądu twornika, prądu wzbudzenia i prędkości obrotowej. Schemat układu pomiarowego do badania rozruchu silnika przedstawiono na rys. 1. A I a Karta pomiarowa (oscyloskop) Do źródła napięcia stałego ST U a V LEM(U) R d u a Karta pomiarowa (oscyloskop) i a LEM(I) B2 M E1 TP I f E2 A LEM(U) Karta pomiarowa (oscyloskop) A1 LEM(I) Do źródła napięcia stałego i f Karta pomiarowa (oscyloskop) Rys. 1. Schemat połączeń układu pomiarowego do badania dynamiki rozruchu silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy braku obciążenia na wale Uwaga: Zakresy pomiarowe użytych mierników i przetworników typu LEM należy dobrać stosownie do: danych znamionowych badanego silnika; dopuszczalnego zakresu amplitudy sygnałów na wejściu użytej karty pomiarowej lub oscyloskopu. Pomiary próby rozruchu należy wykonać dla przypadków podanych w tablicy 1. Numer próby Prąd wzbudzenia I f Tablica 1. Warunki rozruchu silnika prądu stałego obcowzbudnego Napięcie twornika U a Krotność udarowego prądu rozruchowego k Iaud Moment obciążenia T L Rezystancja dodatkowa R d 1 I f = I fn U a = U an k Iaud < 3 0 wg wzoru (1) 2 I f > I fn U a = U an k Iaud < 3 0 wg wzoru (1) 3 I f < I fn U a = U an k Iaud < 3 0 wg wzoru (1) 4 I f = I fn U a = U an k Iaud < 6 0 wg wzoru (1) 5 I f > I fn U a = U an k Iaud < 6 0 wg wzoru (1) 6 I f < I fn U a = U an k Iaud < 6 0 wg wzoru (1) 7 I f = I fn U a < 0,20U an k Iaud < I f > I fn U a < 0,20U an k Iaud < I f < I fn U a < 0,20U an k Iaud < I f = I fn U a < 0,25U an k Iaud <

5 Ćwiczenie: BADANIE DYNAMIKI SILNIKA PRĄDU STAŁEGO. Pomiary komputerowe 5 11 I f > I fn U a < 0,25U an k Iaud < I f < I fn U a < 0,25U an k Iaud < Uwaga: Próby od nr 7 do 12 należy wykonać przy zasilaniu obwodu twornika z baterii akumulatorów. Uwaga: Po zakończeniu rozruchu należy zanotować wartości ustalone: napięcia zasilania twornika U aus =... [V] prądu twornika I aus =... [A] prądu wzbudzenia I fus =... [A] prędkości obrotowej n us =... [obr/min] rezystancji dodatkowej R d =... [Ω] Celem ograniczenia wartości prądu rozruchowego silnika należy dobrać odpowiednią wartość rezystancji dodatkowej R d wg zależności: U a Rd Ra (1) k I Iaud gdzie: U a wartość napięcie zasilania twornika; I an znamionowa wartość prądu twornika badanego silnika; R a rezystancja obwodu twornika badanego silnika, k Iaud = I aud / I an - krotność udarowego prądu rozruchowego silnika, określona jako stosunek udarowego prądu rozruchowego do prądu znamionowego twornika silnika. Uwagi: Ograniczenie wartości prądu rozruchowego silnika prądu stałego wynika z niebezpieczeństwa powstania nadmiernego iskrzenia zestyku ślizgowego szczotki-komutator, które może doprowadzić do powstania łuku elektrycznego (ognia) na komutatorze w efekcie do uszkodzenia a nawet do zniszczenia komutatora. W zastosowaniach praktycznych zaleca się krotność ustalonego prądu rozruchowego k Iaus 2. Ograniczenie wartości udarowej prądu rozruchowego silnika może także wynikać z zakresu pomiarowego użytych przetworników LEM. Rys. 2 przedstawia przykład zarejestrowanych i odpowiednio opracowanych przebiegów, które są charakterystyczne dla dynamiki rozruchu silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy braku obciążenia na wale. Uwagi do rys. 2: Przebiegi zarejestrowano w układzie pomiarowym: karta PCI-MIO-16E-4 oraz komputer PC. Przebiegi wykreślono i opracowano za pomocą procesora graficznego PROBE symulatora PSPICE. Zarejestrowane przebiegi czasowe na wyjściu przetworników LEM są odpowiednio przeskalowane. I tak: dla przebiegów prądowych wg relacji: Wartość liczbowa przebiegu prądowego w [A] = zarejestrowana wartość liczbowa przebiegu prądowego w [V] na wyjściu przetwornika LEM * współczynnik transformacji przetwornika LEM w [A/V] dla przebiegów napięciowych wg relacji: Wartość liczbowa przebiegu napięciowego w [V] = zarejestrowana wartość liczbowa przebiegu napięciowego w [V] na wyjściu przetwornika LEM * współczynnik transformacji przetwornika LEM w [V/V] Czas t (time) jest rejestrowany bezpośrednio w sekundach! an

6 6 M. RONKOWSKI, M. KAMIŃSKI, G. KOSTRO, M. MICHNA Wartości ustalone i udarowe (maksymalne) wielkości mierzonych należy odnieść do wartości znamionowych silnika (np. na rys. 2 dla wartości udarowej prądu twornika podano: I aud = I an ) Na podstawie zarejestrowanych przebiegów należy określić czas rozruchu silnika (np. na rys. 2 podano t r = [s]).

7 Ćwiczenie: BADANIE DYNAMIKI SILNIKA PRĄDU STAŁEGO. Pomiary komputerowe ( m, ) Iaud = 9.438Ian (2.1450,48.028) Uaus = 0.218Uan >> Ua = 0 Ia = 0 1 Chan0* Chan2* ( m, m) Ifus = Ifn ( m, m) Iaus = 0.337Ian (2.1450,5.0492) (2.1458, ) nus = 522 obr/min tr = s SEL>> 0 ( m,7.7202) 0 0s 0.5s 1.0s 1.5s 2.0s 2.5s 3.0s 1 Chan1* (Chan3/140.3m)*522 Time Rys. 2. Przykład zarejestrowanych i odpowiednio opracowanych przebiegów czasowych dynamiki rozruchu silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy braku obciążenia na wale: Chan0 - napięcia zasilania twornika [V], Chan1 - prąd wzbudzenia [A], Chan2 - prąd twornika [A], Chan3 - prędkość obrotowa [obr/min] Moment elektromagnetyczny silnika jest opisany zależnością: T = G ( i ) i i gdzie, G af (i f ) indukcyjność rotacji zależna o prądu wzbudzenia silnika i f, i a prąd twornika silnika. Zatem przy założeniu stałej wartości i f i pominięciu oddziaływania twornika moment silnika jest opisany zależnością T ~ i, czyli jest proporcjonalny do prądu twornika (przebiegu chan2*31.342). e a e af f f a

8 8 M. RONKOWSKI, M. KAMIŃSKI, G. KOSTRO, M. MICHNA Np. dla wielkości zarejestrowanej w kanale 0 (chan0 = napięcia zasilania twornika) przeskalowanie wykonano za pomocą odpowiednich opcji procesora graficznego PROBE, które umożliwiają wykonanie wielu operacji, np. mnożenia, dzielenia zmiennej przez wielkość stałą; całkowania, różniczkowania zmiennej; itp.. Zatem przeskalowanie napięcia twornika ma postać: gdzie, u a = chan0* [V] liczba = współczynnik transformacji zastosowanego przetwornika LEM w [V/V]. Do przeskalowania prędkości obrotowej n (zarejestrowanej w chan3 ), ze względu na problemy dokładnego określenia stałej prądniczki tachometrycznej, wybrano następujący sposób: gdzie, n = (chan3/ 140.3m )*522 [obr/min] liczba 140.3m = wartość ustalona przebiegu napięciowego na wyjściu przetwornika LEM w [mv], odczytana bezpośrednio na wykresie zmiennej za pomocą opcji Cursor procesora graficznego PROBE; liczba 522 = wartość ustalona prędkości obrotowej n us, odczytana bezpośrednio na obrotomierzu w [obr/min]. Analogicznie jak przebieg prędkości obrotowej można przeskalować inne przebiegi zarejestrowane, szczególnie w przypadku braku wartości współczynnika transformacji zastosowanego przetwornika LEM Badanie rozruchu silnika przy obciążeniu na wale Badanie rozruchu silnika polega na wykonaniu kolejno czynności: załączeniu stałego napięcia zasilania do obwodu wzbudzenia i ustawieniu prądu wzbudzenia silnika (wg zadanej wartości) i prądu wzbudzenia prądnicy; załączeniu skokowym stałego napięcia zasilania do obwodu twornika przy obciążenia na wale (obciążony obwód mechaniczny, tzn. dodatkowa maszyna prądu stałego jest sprzężona mechanicznie z badanym silnikiem i pracujące jako prądnica) i zerowej początkowej prędkości obrotowej; rejestracji przebiegów czasowych: napięcia i prądu twornika, prądu wzbudzenia i prędkości obrotowej; pomiarze wartości ustalonych: napięcia i prądu twornika, prądu wzbudzenia i prędkości obrotowej. Schemat układu pomiarowego do badania rozruchu silnika (pokazany na rys. 1) należy uzupełnić o układ połączeń dodatkowej maszyny prądu stałego (pokazany na rys. 3), pracującej jako prądnica i obciążonej rezystancją R o. Pomiary próby rozruchu należy wykonać dla przypadków podanych w tablicy 2. Uwagi: Jako miarę obciążenia badanego silnika należy przyjąć wartość jego prądu twornika w stanie ustalonym I aus, która jest odniesiona do znamionowego prądu twornika. Wartość prądu twornika I aus badanego silnika ustala się za pomocą rezystancji obciążenia R o lub/i prądu wzbudzenia prądnicy I fp (patrz rys. 3). Można przyjąć, przy pominięciu strat mechanicznych i strat na prądy wirowe, że moment obciążenia silnika T L jest praktycznie równy momentowi elektromagnetycznemu silnika T e : T L T = G ( I ) I i (2) e gdzie, G af (I f ) indukcyjność rotacji silnika zależna o prądu wzbudzenia silnika I f, i a prąd twornika silnika. Z kolei można przyjąć, przy pominięciu strat mechanicznych i strat na prądy wirowe prądnicy, że moment obciążenia silnika, jest praktycznie równy momentowi elektromagnetycznemu prądnicy: L ep af afp f fp f fp a T T = G ( I ) I i (3) ap

9 Ćwiczenie: BADANIE DYNAMIKI SILNIKA PRĄDU STAŁEGO. Pomiary komputerowe 9 gdzie, G afp (I fp ) indukcyjność rotacji prądnicy zależna o prądu wzbudzenia prądnicy I fp, i ap prąd twornika prądnicy. R o W3 I ap A U ap V G A1 B2 P E1 + A I fp E2 - AT W2 Rys. 3. Schemat połączeń maszyny prądu stałego pracującej jako prądnica obciążona rezystancją R o (maszyna służy jako obciążenie badanego silnika w układzie pomiarowym pokazanym rys. 1) Tablica 2. Warunki zasilania i obciążenia silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy próbie rozruchu Numer próby Prąd wzbudzenia I f Napięcie twornika U a Krotność udarowego prądu rozruchowego k Iaud Moment obciążenia wg ustalonego prądu twornika silnika T L ~ I aus Rezystancja dodatkowa R d 1 I f = I fn U a = U an k Iaud < 3 I aus = I an wg wzoru (1) 2 I f > I fn U a = U an k Iaud < 3 I aus = I an wg wzoru (1) 3 I f < I fn U a = U an k Iaud < 3 I aus = I an wg wzoru (1) 4 I f = I fn U a = U an k Iaud < 6 I aus = I an wg wzoru (1) 5 I f > I fn U a = U an k Iaud < 6 I aus = I an wg wzoru (1) 6 I f < I fn U a = U an k Iaud < 6 I aus = I an wg wzoru (1) 7 I f = I fn U a < 0,20U an k Iaud < 6 I aus = 0,5I an 0 8 I f > I fn U a < 0,20U an k Iaud < 6 I aus = 0,5I an 0 9 I f < I fn U a < 0,20U an k Iaud < 6 I aus = 0,5I an 0 10 I f = I fn U a < 0,25U an k Iaud < 10 I aus = 0,5I an 0 11 I f > I fn U a < 0,25U an k Iaud < 10 I aus = 0,5I an 0 12 I f < I fn U a < 0,25U an k Iaud < 10 I aus = 0,5I an 0 Uwagi: Celem ograniczenia wartości prądu rozruchowego silnika należy dobrać odpowiednią wartość rezystancji dodatkowej R d wg zależności (1). Próbę nr od 7 do 12 należy wykonać przy zasilaniu obwodu twornika z baterii akumulatorów.

10 10 M. RONKOWSKI, M. KAMIŃSKI, G. KOSTRO, M. MICHNA Uwzględniając i ap = eap /( Ra + Ro ) oraz eap = Gafp ( I fp ) I fp ω rm wyrażenie (3) przyjmie postać: T 2 ( Gafp ( I fp ) I fp ) L ω rm (4) Rap + Ro gdzie, R ap rezystancja twornika prądnicy, R o rezystancja obciążenia prądnicy, ω rm - prędkość obrotowa silnika (prądnicy). Z kolei przy I fp = const., R o = const. i pominięciu oddziaływania twornika wyrażenie (4) można zapisać w postaci: TL ~ ωrm (5) Zatem moment obciążenia silnika jest proporcjonalny do prędkości obrotowej silnika (prądnicy). 4. PYTANIA KONTROLNE 1. Podać i omówić schemat połączeń układu pomiarowego do badania przebiegów czasowych rozruchu silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy braku obciążenia na wale. 2. Podać i omówić schemat połączeń układu pomiarowego do badania przebiegów czasowych rozruchu silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy obciążeniu na wale. 3. Podać i uzasadnić przebiegi prądu rozruchowego (twornika) i prędkości obrotowej silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy braku obciążenia na wale. Rozważyć przypadek rozruchu bezpośredniego (znamionowe napięcie twornika, znamionowy prąd wzbudzenia, brak rezystancji dodatkowej - rozruchowej). Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program PSPICE). Wyróżnić trzy przypadki relacji między stałymi czasowymi silnika. Czy stałe czasowe mają wpływ na czas rozruchu? 4. Podać i uzasadnić przebiegi prądu rozruchowego (twornika) i prędkości obrotowej silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy braku obciążenia na wale. Rozważyć przypadek rozruchu przy napięciu twornika U a = 0,5U an. Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program PSPICE). Wyróżnić trzy przypadki relacji między stałymi czasowymi silnika. Jak jest efekt obniżenia napięcia? Czy ma ono wpływ na stałe czasowe przebiegów i czas rozruchu? 5. Podać i uzasadnić przebiegi prądu rozruchowego (twornika) i prędkości obrotowej silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy braku obciążenia na wale. Rozważyć przypadek rozruchu z rezystancją dodatkową w obwodzie twornika. Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program PSPICE). Omówić wpływ stałych czasowych silnika na charakter przebiegów. Jak jest efekt rezystancji dodatkowej? Czy ma ona wpływ na stałe czasowe przebiegów oraz na czas rozruchu? 6. Podać i uzasadnić przebiegi momentu elektromagnetycznego i prędkości obrotowej silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy braku obciążenia na wale. Rozważyć przypadek rozruchu bezpośredniego. Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program PSPICE). Wyróżnić trzy przypadki relacji między stałymi czasowymi silnika. Czy stałe czasowe mają wpływ na czas rozruchu? 7. Podać i uzasadnić przebiegi momentu elektromagnetycznego i prędkości obrotowej silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy braku obciążenia na wale. Rozważyć przypadek rozruchu przy napięciu twornika U a = 0,5U an. Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program PSPICE). Wyróżnić trzy przypadki relacji między stałymi czasowymi silnika. Jak jest efekt obniżenia napięcia? Czy ma ono wpływ na stałe czasowe przebiegów i czas rozruchu? 8. Podać i uzasadnić przebiegi momentu elektromagnetycznego i prędkości obrotowej silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy braku obciążenia na wale. Rozważyć przypadek rozruchu z rezystancją dodatkową w obwodzie twornika. Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program PSPICE). Omówić wpływ stałych czasowych silnika na charakter przebiegów. Jak jest efekt rezystancji dodatkowej i czy ma ona wpływ na stałe czasowe przebiegów oraz na czas rozruchu? 9. Podać i uzasadnić przebiegi prądu rozruchowego (twornika) i prędkości obrotowej silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy braku obciążenia na wale. Rozważyć przypadki rozruchu bezpośredniego przy trzech wartościach prądu wzbudzenia: I f = I fn, I f > I fn, I f < I fn. Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program PSPICE). Jak jest efekt zmiany wartości prądu wzbudzenia? Czy ma ona wpływ na stałe czasowe przebiegów oraz na czas rozruchu?

11 Ćwiczenie: BADANIE DYNAMIKI SILNIKA PRĄDU STAŁEGO. Pomiary komputerowe Podać i uzasadnić przebiegi momentu elektromagnetycznego i prędkości obrotowej silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy braku obciążenia na wale. Rozważyć przypadki rozruchu bezpośredniego przy trzech wartościach prądu wzbudzenia: I f = I fn, I f > I fn, I f < I fn. Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program PSPICE). Jak jest efekt zmiany wartości prądu wzbudzenia? Czy ma ona wpływ na stałe czasowe przebiegów oraz na czas rozruchu? 11. Podać metody ograniczania wartości prądu rozruchowego silnika prądu stałego (obcowzbudnego). Jakie są powody jego ograniczania? Jakie zaleca się krotność ustalonego prądu rozruchowego w zastosowaniach praktycznych? Podać sposób szacowania wartości udarowego prądu rozruchowego. 5. ZADANIA 1. Na podstawie wyników pomiaru rozruchu badanego silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy braku obciążenia na wale (otwarty obwód mechaniczny ): wykreślić przebiegi czasowe: napięcia i prądu twornika, momentu elektromagnetycznego (wyliczyć wg wzoru (3)), prądu wzbudzenia i prędkości obrotowej; uzasadnić fizyczne i analitycznie charakter pomierzonych przebiegów; wyznaczyć wartości udarowe i ustalone: napięcia i prądu twornika, momentu elektromagnetycznego (wyliczyć wg wzoru (3)), prądu wzbudzenia i prędkości obrotowej; wyznaczyć czas rozruchu i porównać go ze stałymi czasowymi silnika (elektromagnetyczną i elektromechaniczną) oraz stałą rozruchową silnika, podać przyczyny rozbieżności. Na podstawie dynamicznego modelu obwodowego silnika o danych wartościach parametrów modelu obwodowego: obliczyć ręcznie (oszacować) wartości udarowe i ustalone: prądu twornika, momentu elektromagnetycznego (wyliczyć wg wzoru (3)), prądu wzbudzenia i prędkości obrotowej. porównać z wynikami wyznaczonymi doświadczalnie, podać przyczyny rozbieżności. 2. Na podstawie wyników pomiaru rozruchu badanego silnika prądu stałego (obcowzbudnego) przy obciążeniu na wale (obciążony obwód mechaniczny ): wykreślić przebiegi czasowe: napięcia i prądu twornika, momentu elektromagnetycznego (wyliczyć wg wzoru (3)), prądu wzbudzenia i prędkości obrotowej; uzasadnić fizyczne i analitycznie charakter pomierzonych przebiegów; wyznaczyć wartości udarowe i ustalone: napięcia i prądu twornika, momentu elektromagnetycznego (wyliczyć wg wzoru (3)), prądu wzbudzenia i prędkości obrotowej; wyznaczyć czas rozruchu i porównać go ze stałymi czasowymi silnika (elektromagnetyczną i elektromechaniczną) oraz stałą rozruchową silnika, podać przyczyny rozbieżności. Na podstawie dynamicznego modelu obwodowego silnika o danych wartościach parametrów modelu obwodowego: obliczyć ręcznie (oszacować) wartości udarowe i ustalone: prądu twornika, momentu elektromagnetycznego (wyliczyć wg wzoru (3)), prądu wzbudzenia i prędkości obrotowej. porównać z wynikami wyznaczonymi doświadczalnie, podać przyczyny rozbieżności. 3. Porównać wyniki uzyskane na drodze doświadczalnej i symulacyjnej (program PSPICE) dla zadania 1 (wybrać jeden z przebiegów, np.: napięcie twornika, prąd twornika, moment elektromagnetyczny, prąd wzbudzenia lub prędkość obrotową). Podać przyczyny rozbieżności. 4. Porównać wyniki uzyskane na drodze doświadczalnej i symulacyjnej (program PSPICE) dla zadania 21 (wybrać jeden z przebiegów, np.: napięcie twornika, prąd twornika, moment elektromagnetyczny, prąd wzbudzenia lub prędkość obrotową). Podać przyczyny rozbieżności. 6. SPRAWOZDANIE Opracowanie sprawozdania powinno zawierać: stronę tytułową wg następującego układu wg wzoru podanego niżej; nr zadania; dane znamionowe, parametry modelu obwodowego i stałe czasowe badanego silnika (wartości parametrów należy nanieść na rysunku przedstawiającym model obwodowy silnika!); określenie wymuszeń elektrycznych i mechanicznych; określenie warunków początkowych (wartości początkowe prądów i prędkości obrotowej);

12 12 M. RONKOWSKI, M. KAMIŃSKI, G. KOSTRO, M. MICHNA ręczne oszacowanie wartości udarowych i ustalonych wielkości badanych silnika oraz ich porównanie z wartościami otrzymanymi na drodze doświadczalnej i symulacyjnej; uzasadnienie fizyczne i analityczne uzyskanych wyników (powinno to być napisane w stylu inżynierskim! - tzn. minimum języka tekstowego a maksimum języka graficznego i symbolicznego); krótkę dyskusję wpływu dokładności pomiarów i założeń upraszczających modelu silnika na uzyskane wyniki metodą doświadczalną i symulacyjną (program PSPICE); wykaz literatury wykorzystanej przy pisaniu sprawozdania. Wzór strony tytułowej sprawozdania POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I MASZYN ELEKTRYCZNYCH LABORATORIUM SYSTEMY ELEKTROMECHANICZNE Kierunek Elektrotechnika Studia niestacjonarne 2-ego stopnia, semestr 1 ĆWICZENIE SILNIKI PRĄDU STAŁEGO BADANIE CHARAKTERYSTYK DYNAMICZNYCH ZASTOSOWANIE POMIARÓW KOMPUTEROWYCH Opracowali: Imię i nazwisko: Nr grupy laboratoryjnej/dziekańskiej: Data oddania sprawozdania: Ocena: 7. LITERATURA 1. S. Bolkowski: Stany nieustalone w obwodach elektrycznych. WNT, Warszawa, R.H. Cannon (jr.): Dynamika układów fizycznych. WNT, Warszawa, P.C. Krause i O. Wasynczuk: Electromechanical Motion Devices. Mc Graw -Hill Book Comp., New York, Purdue University, USA. 4. P.C. Krause: Analysis of Electric Machinery. Mc Graus - Hill Book Comp., New York, W. Latek: Teoria maszyn elektrycznych. WNT, Warszawa, Z. Manitius: Maszyny elektryczne cz. I, II. Skrypt PG, 1982, M. Michna: Instrukcja Programu NIDAQScope rejestracji pomiarów z zastosowaniem karty pomiarowej National Instruments MIO-PCI 16E4 i komputera PC. Materiały pomocnicze do laboratorium maszyny elektryczne II. Podstawy dynamiki maszyn elektrycznych. Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych. WEiA. PG, Gdańsk, ( 8. W. Paszek: Stany nieustalone maszyn elektrycznych prądu przemiennego. WNT, Warszawa, M. Ronkowski: Szkic do wykładów z przedmiotu Maszyny elektryczne II. Dynamika maszyn elektrycznych. Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych. WEiA. PG, Gdańsk, ( e-mechatronika) 10. S. Roszczyk: Teoria maszyn elektrycznych. WNT, Warszawa, P. Zimny, K. Karwowski: SPICE klucz do elektrotechniki. Instrukcja, program, przykłady. Skrypt PG, 1993.