POLITECHNIK ŚLĄK YDZIŁ INŻYNIERII ŚRODOIK I ENERETYKI INTYTUT ZYN I URZĄDZEŃ ENERETYCZNYCH LBORTORIU ELEKTRYCZNE Układ LEONRD. (E 20) Opracował: Dr inż. łodzimierz OULEICZ
Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest poznanie możliwości regulacji prędkości obrotowej silnika napędowego prądu stałego (w dużych granicach), oraz praktyczne wyznaczenie wpływu zmian napięć zasilających i prądów wzbudzenia poszczególnych maszyn układu Leonarda na prędkość obrotową silnika napędowego. 1. prowadzenie. 2.1. Układ Leonarda I stopnia. Regulacja prędkości obrotowej w bardzo szerokich granicach jest często wymagana w różnych układach napędowych. Nabiera ona szczególnego znaczenia, gdy chodzi o regulację prędkości silników dużej i największej mocy, a w szczególności o regulację wielokrotnie powtarzaną w ciągu godziny. Przykładem takich warunków pracy mogą być w górnictwie maszyny wyciągowe, a w hutnictwie układy walcownicze. pośród wielu względów, jakie powinny być brane pod uwagę przy doborze typu silnika i najbardziej właściwej metody regulacji, na pierwszym miejscu należy wymienić zagadnienie ekonomiczności pracy układu. Z tych właśnie względów nie można stosować w tych warunkach silnika asynchronicznego pierścieniowego z regulacją prędkości za pomocą opornika w obwodzie wirnika lub silnika prądu stałego z regulacją szeregową. Ponieważ regulacja bocznikowa nie zapewnia regulacji w dół w zakresie prędkości do n 0, dlatego też należy stosować rozwiązania specjalne. Jednym z najbardziej rozpowszechnionych specjalnych elektromaszynowych układów regulacyjnych jest układ Leonarda. Na rysunku 1 przedstawiono schematycznie zasadnicze elementy układu Leonarda I stopnia. Układ ten umożliwia uzyskanie w bardzo szerokim zakresie, bardzo płynnej regulacji prędkości obrotowej urządzenia napędzanego. U E n I F I F Rys.1. chemat układu Leonarda pierwszego stopnia.
Regulację prędkości silnika napędowego (silnik prądu stałego) uzyskuje się w układzie Leonarda przez zmianę napięcia twornika prądnicy (U E ) zasilającej bezpośrednio silnik lub przez zmianę jego prądu wzbudzenia (I F ). Bezpośrednie połączenie elektryczne ("na sztywno") twornika prądnicy prądu stałego z wirnikiem silnika prądu stałego nosi nazwę "wału elektrycznego". nalogia do wału w sensie fizycznym wynika z możliwości przenoszenia przez wał elektryczny momentu mechanicznego. Napięcie prądnicy (U E ) zmieniamy regulując rezystancję w obwodzie prądu wzbudzenia prądnicy (I F ). Przełączenie biegunowości uzwojenia wzbudzenia prądnicy umożliwia zmianę kierunku wirowania silnika. Chcąc uzyskać prędkości obrotowe n większe niż występującą przy napięciu znamionowym, zwiększamy rezystancję w obwodzie prądu wzbudzenia silnika. tosowana regulacja polega na osłabieniu strumienia pola magnetycznego silnika napędowego. Zmniejszając opornikiem prąd wzbudzenia I F zmniejszamy wartość strumienia magnetycznego Φ silnika, zwiększając jednocześnie jego prędkość obrotową n (schematycznie R F, I F, Ф, n ). Uzwojenia wzbudzenia wszystkich występujących w układzie maszyn zasila (napędzana tym samym silnikiem trójfazowym ) samowzbudna prądnica bocznikowa prądu stałego nazywana wzbudnicą (lub czasami przedwzbudnicą). 2.2. Układ Leonarda II stopnia. przypadku dużych i bardzo dużych mocy () silnika napędzającego stosuje się pewną odmianę układu Leonarda tzw. układ Leonarda II stopnia pokazany na rysunku 2 (zwany również kwadratowym układem Leonarda). Układ ten pozwala ograniczyć prądy w obwodach rezystancji sterujących. n 1 Rys.2. chemat układu Leonarda stopnia drugiego.
Regulację prędkości silnika napędzającego uzyskujemy podobnie jak w układzie Leonarda I stopnia. Prądnica i silnik są maszynami o wzbudzeniu obcym i regulacja ich prądów wzbudzenia odbywa się teraz bezpośrednio przez regulację napięć tworników prądnic pomocniczych odpowiednio dla prądnicy i dla silnika. Napięcia tworników prądnic pomocniczych i regulujemy jak uprzednio poprzez zmianę rezystancji w ich obwodach wzbudzenia. 2. Badania i pomiary. 3.1. Określenie wielkości mierzonych. ożliwości regulacji prędkości obrotowej w układzie Leonarda (I stopnia) określimy dokonując pomiaru następujących wielkości: U napięcie twornika wzbudnicy, I F prąd wzbudzenia wzbudnicy, n prędkość obrotowa wzbudnicy ( napędzanej silnikiem asynchronicznym trójfazowym ), U E napięcie wału elektrycznego ( napięcie twornika prądnicy ), I E prąd wału elektrycznego ( prąd silnika napędowego ), I F prąd wzbudzenia prądnicy, I F prąd wzbudzenia silnika napędowego, n prędkość obrotowa silnika napędowego. Na podstawie pomiarów wyznaczymy charakterystyki, przedstawiające zależność prędkości obrotowej silnika napędowego n od prądów wzbudzenia prądnicy i silnika oraz od napięcia wzbudnicy. 3.2. chemat układu pomiarowego. celu określenia możliwości regulacyjnych prędkości obrotowej w układzie Leonarda zestawiono układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 3. L1 L2 L3 n V Urządzenie napędzane V Rys.3. chemat układu pomiarowego.
3.3. Przebieg ćwiczenia. 1. Odczytać i zapisać dane znamionowe maszyn układu Leonarda. 2. ykonać pomiary prędkości obrotowej n w funkcji zmian napięcia wzbudzenia U przy stałej wartości rezystancji w obwodach wzbudzenia prądnicy i silnika napędowego. 3. ykonać pomiary prędkości obrotowej n w funkcji zmian prądu wzbudzenia prądnicy I F przy stałej wartości napięcia wzbudzenia U i stałej wartości prądu wzbudzenia silnika napędowego I F. 4. ykonać pomiary prędkości obrotowej n w funkcji zmian prądu wzbudzenia silnika napędowego I F przy stałej wartości napięcia wzbudzenia U i stałej wartości prądu wzbudzenia prądnicy I F. 5. yniki pomiarów należy sukcesywnie notować w tabelach pomiarowych (dane poniżej). Lp. 1 2 3 itd. U I F n U E I E I F I F n [ V ] [ ] [obr/min] [ V ] [ ] [ ] [ ] [obr/min] Tabele należy pobrać z ZŁĄCZNIK do instrukcji. 4. Opracowanie wyników pomiarów. 1. porządzić wykresy zależności: n f(u ) przy R F const. i R F const., n f(i F ) przy U const. i I F const., n f(i F ) przy U const. i I F const., 2. Określić wpływ zmian wartości napięcia wzbudzenia, prądu wzbudzenia prądnicy i prądu wzbudzenia silnika napędowego na wartość prędkości obrotowej wału silnika napędowego. 5. prawozdanie. prawozdanie powinno zawierać: 1. tronę tytułową (nazwę ćwiczenia, numer sekcji, nazwiska i imiona ćwiczących oraz datę wykonania ćwiczenia). 2. Dane znamionowe maszyn (moc, napięcie, prąd, obroty, współczynnik mocy). 3. chemat układu pomiarowego. 4. Tabele wyników pomiarowych. 5. ykresy podanych (w pkt 4) zależności. 6. Uwagi i wnioski (dotyczące możliwości regulacji prędkości obrotowej w układzie Leonarda, przebiegu charakterystyk, ich odstępstw od przebiegów teoretycznych, poprawności metod pomiaru itp.).