Zeszyty Prolemowe Mszyny Elektryzne Nr 75/2006 207 Krzysztof Jhołkowski Politehnik Luelsk, Lulin LABORATORYJNE STANOWISKO BADANIA SILNIKA PRĄDU STAŁEGO Z KOMPUTEROWYM SYSTEMEM POMIAROWYM LABORATORY STAND FOR TESTING DC MOTORS WITH A COMPUTERIZED MEASURING SYSTEM Astrt: Wide vilility of high-lss omputer equipment, softwre, mesurement rds, onverters s well s of devies ooperting with dt quisition systems mkes possile to uild tehnologilly dvned, modern mesuring systems. Suh systems re pplied to the testing of eletril mhines more nd more frequently. Due to the pplition of grphil integrted progrm environment it is possile to intuitionlly rete pplitions to quire, nlyze nd present mesurement dt t the user grphil interfe. The rtile presents lortory stnd for testing of d motors tht is equipped with modern mesuring system. It inludes the following elements: PC, mesurement rd of the PCL-818L type, onverters of urrent, voltge, rottionl speed, nd fore s well s softwre elorted on the sis of the DsyL progrm nd dpted to determine seleted hrteristis of d motor. 1. Wstęp Corz powszehniej w dnih mszyn elektryznyh stosuje się systemy pomirowe wykorzystująe tehnikę komputerową, któr wprowdził krty pomirowe tzw. krty zierni dnyh (DAC ng. Dt Aquisition Crds) orz oprogrmownie, które jest wżnym elementem deydująym o możliwośih i funkjonowniu systemu. Pozwl to tworzyć zwnsowne tehniznie nowozesne systemy pomirowe przyjzne dl użytkownik. Współpr poszzególnyh elementów systemu pomirowego jest możliw dzięki odpowiedniemu oprogrmowniu, które możn tworzyć do konkretnej plikji pomirowej korzystją z języków wysokiego poziomu, o jest prohłonne i skomplikowne lu też zstosowć zintegrowne środowisko progrmowe oferowne przez wiele firm. Grfizne zintegrowne środowisko progrmowe pozwl w sposó intuiyjny tworzyć plikje pomirowe poprzez grfizne łązenie loków funkyjnyh n płszzyźnie projektowej dostępnej w progrmie orz przeprowdzć nlizę i prezentję dnyh pomirowyh n płszzyźnie grfiznego interfejsu użytkownik (GUI ng. Grphil User Interfe) dostosownego do konkretnej plikji [1]. 2. Stnowisko lortoryjne 2.1 Opis stnowisk Prezentowne stnowisko przeznzone jest do dni silnik szeregowo-oznikowego prądu stłego. W jego skłd whodzi: zespół mszynowy, tli synoptyzn z ukłdem zsilni silnik i hmowniy, modułem kondyjonowni sygnłów, przetwornikmi prądu i npięi orz komputerem PC z krtą pomirową i oprogrmowniem DsyL. Zespół mszynowy skłd się z silnik i prądniy prądu stłego zmoownyh n płyie posdowej. Wły ou mszyn połązone są sprzęgłem rozłąznym pozwljąym n odłązenie dnego silnik od hmowniy ez potrzey demontżu mszyn od podstwy. Pondto n podstwie zmoowno zujnik miernik prędkośi orotowej orz zujnik miernik siły. Tensometryzny zujnik siły współprująy z miernikiem orz z dźwignią moowną n wle silnik służy do wyznzni jego momentu rozruhowego. N płszzyźnie zołowej tliy synoptyznej umieszzony jest shemt ukłdu pomirowego, który możn dowolnie konfigurowć w zleżnośi od rodzju wyznznej hrkterystyki i dnego silnik. Konfigurji ukłdu pomirowego orz podłązeni niezędnyh elementów regulyjnyh dokonuje się n tliy synoptyznej. Pozostłe połązeni ukłdu pomirowego wykonno wewnątrz tliy, w której są umieszzone przetworniki prądu i npięi orz moduł kondyjonowni sygnłów pomirowyh, z którego sygnły nlogowe są przekzywne poprzez kel połązeniowy do krty pomirowej zinstlownej w komputerze PC.
208 Zeszyty Prolemowe Mszyny Elektryzne Nr 75/2006 2.2 Ukłd pomirowy Shemt ukłdu pomirowego stnowisk dwzego przedstwi rys.1. Głównymi elementmi zproponownego ukłdu pomirowego są: przetworniki prądu, npięi, siły i prędkośi orotowej, krt pomirow, komputer PC orz pkiet progrmu DsyL. + 220V - Q1 Rw S R M Rozrusznik Q2 E1 E2 D1 D2 E1 E2 R f M n U U F G Rw Q3 R f Krt pomirow PCL-818L Moduł kondyjonowni sygnłów PCLD-8115 Komputer PC Rys.1. Shemt ukłdu pomirowego stnowisk do dni silnik prądu stłego Do pomiru prądu w owodzie głównym orz wzudzeni silnik i prądniy hmownizej zstosowno przetworniki z zmkniętą pętlą sprzężeni zwrotnego i zujnikiem Hll szwjrskiej firmy typu LA25-NP. o zkresh 5A i 25A, ntomist w owodh pomiru npięi przetworniki typu LV25-NP. o zkresh 300V i 400V. Anlogowe npięie wyjśiowe przetworników zleży od wrtośi mierzonej wielkośi i zmieni się od zer do 5V.Moment rozruhowy silnik prądu stłego określ się n podstwie pomiru siły, z jką dził dźwigni n zujnik tensometryzny orz długośi jej rmieni. W przedstwionym stnowisku pomirowym zstosowno miernik siły typu AR461 o zkresie 0 100N orz zujnik tensometryzny Ar211 zsilny npięiem 10V. Miernik siły posid nlogowe wyjśie npięiowe, o wrtośi 0 5V dl łego zkresu pomirowego. W elu wyznzeni hrkterystyk mehniznyh, regulyjnyh i prędkośiowyh niezędnym prmetrem jest prędkość orotow, którą określ się n podstwie wskzń progrmowlnego yfrowego miernik typu N120 z mgnetyznym zujnikiem zliżeniowym. Miernik posid nlogowe wyjśie npięiowe 0 10V dl zprogrmownego zkresu pomirowego. Anlogowe wyjśi mierników prędkośi orotowej i siły pozwlją npodłązenie i współprę z systemem pomirowym. Sygnły pomirowe z przetworników prądu i npięi orz z mierników prędkośi orotowej i siły podwne są n wejśi modułu kondyjonowni sygnłów typu PCLD-8115, nstępnie n wejśi nlogowe krty pomirowej umieszzonej w komputerze. W prezentownym stnowisku dwzym zstosowno krtę pomirową typu PCL-818LS o nstępująyh prmetrh: rozdzielzość przetwornik A/C 12 itów, zęstotliwość prókowni 40 khz, 16 wejść/wyjść yfrowyh, 1 wyjśie nlogowe, 16 knłów nlogowyh ze wspóln msą lu 8 różniowyh, wejśiowe zkresy npięiowe ipolrne: ±10; ±5; ±2,5; ±1,25; ±0,625 [V]. Sygnły nlogowe są przetworzone w krie pomirowej n sygnły yfrowe, które podlegją dlszej oróe w komputerze z pośred-
Zeszyty Prolemowe Mszyny Elektryzne Nr 75/2006 209 nitwem progrmu stworzonego dl potrze systemu pomirowego. Aplikj pomirow stnowisk do dni silnik prądu stłego zostł oprown w środowisku progrmu DsyL [4], który posid dwie płszzyzny rooze. Pierwsz z nih to płszzyzn projektow (Worksheet), n której zrelizowno plikję pomirową, ntomist drug to grfizny interfejs użytkownik (Lyout) przy pomoy którego utworzono pulpity opertorskie. Dl potrze stnowisk dwzego oprowno pięć pulpitów opertorskih, z któryh jeden służy do wyoru rodzju wyznznej hrkterystyki, ztery pozostłe pełnią rolę grfiznyh interfejsów pomirowyh. Pulpity, które służą do osługi pomirów posidją wirtulne mierniki, tlie pomirów orz przyiski wyoru rodzju silnik, ksowni dnyh, uruhomieni pomiru i powrotu do pulpitu wyoru. Jeden z pulpitów opertorskih przedstwiono n rys.2. zynnośi te wykonuje się n pulpith opertorskih. Pomiry wykonywne są online, rejestrj dnyh do tliy pomirów i komórek Exel nstępuje w hwili uruhomieni przez opertor przyisku inijująego proedurę pomirową. Przenoszenie dnyh z jednej plikji do innej umożliwi mehnizm DDE (Dynmi Dt Exhnge), który zostł wykorzystny w systemie pomirowym. Tylko zęść wielkośi niezędnyh do wyznzni hrkterystyk dnej mszyny są mierzone ezpośrednio, pozostłe możn wyznzyć n podstwie pomirów prmetrów innej mszyny. Przykłdem tego jest mo i moment orotowy dnego silnik, które możn wyznzyć n podstwie pomiru prądu twornik prądniy hmownizej i prędkośi orotowej, korzystją z nstępująyh zleżnośi [3]. Mo wewnętrzn prądniy hmownizej: P = U I (1) ih ih H Rys.2. Widok pulpitu opertorskiego plikji pomirowej do wyznzni hrkterystyki mehniznej silnik Prę systemu inijuje uruhomienie plikji pomirowej z poziomu progrmu DsyL, nstępnie w elu przeprowdzeni pomirów nleży dokonć wyoru rodzju wyznznej hrkterystyki orz rodzju dnego silnik, U ih npięie indukowne prądniy wyznzone z hrkterystyki U ih = f(n). Mo n wle dnego silnik: = P + P (2) Ps ih 0H
210 Zeszyty Prolemowe Mszyny Elektryzne Nr 75/2006 Rys.3. Shemt lokowy ukłdu do wyznzni moy i momentu orotowego silnik prądu stłego P 0H strty jłowe prądniy wyznzone z hrkterystyki P 0H = f(n). Moment orotowy silnik: 30Ps Ts = π n (3) Prądnię hmownizą nleży uprzednio wyehowć tzn. wyznzyć hrkterystykę strt jłowyh P 0H orz npięi indukownego U ih w funkji prędkośi orotowej przy stłej wrtośi prądu wzudzeni. Korzystją z ogtej ilioteki loków funkyjnyh progrmu DsyL stworzono ukłd pomiru moy i momentu orotowego silnik prądu stłego, który umożliwi zpis dnyh do komórek Exel z pośrednitwem loków funkyjnyh DDE. Shemt lokowy tkiej plikji przedstwiono n rys.3. 3.Pomiry N stnowisku dwzym z komputerowym systemem pomirowym przeprowdzono dni silnik szeregowo-oznikowego prądu stłego typu PZM 44 o nstępująyh dnyh znmionowyh: mo P N =1,5 kw, npięie U N =220V, prąd I N =8,6A i prędkośi znmionowej n N =1500 or/min. W zkres dń whodziły pomiry wielkośi n podstwie, któryh zostły wyznzone hrkterystyki momentu rozruhowego, regulyjne, mehnizne orz prędkośi orotowej. Chrkterystyki wyznzono dl silnik oznikowego orz szeregowo-oznikowego przy zgodnym i przeiwnym dziłniu strumieni. Wyrne hrkterystyki sporządzone n podstwie dnyh pomirowyh przedstwiono n rysunkh 4, 5, 6. n [or/min] 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 I [A] Rys.4. Chrkterystyki mehnizne n=f(i ) dl silnik: ) oznikowego, ) szeregowo - oznikowego przy współdziłniu strumieni, ) szeregowo - oznikowego przy przeiwdziłniu strumieni
Zeszyty Prolemowe Mszyny Elektryzne Nr 75/2006 211 n [or/min] 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 If [A] Rys.5. Chrkterystyki prędkośi orotowej n=f(i f ) dl silnik: ) oznikowego ) szeregowo - oznikowego przy współdziłniu strumieni, ) szeregowo - oznikowego przy przeiwdziłniu strumieni Pkiet progrmu DsyL pozwl n łtwe zminy konfigurji ukłdu pomirowego, tkże n przetestownie lterntywnyh plikji. Pozwl to n zminimlizownie prolemów związnyh z uruhomieniem łego systemu pomirowego 5. Litertur [1]. Winieki W., Nowk J., Stnik S.: Grfizne Zintegrowne Środowisk Progrmowe Do Projektowni Komputerowyh Systemów Pomirowo- Kontrolnyh. MIKOM, W-w, 2001. [2]. Glink T.: Bdni dignostyzne mszyn elektryznyh w przemyśle. Wyd. BOBRME Komel Ktowie, 2002. [3]. Ltek W.: Bdnie mszyn elektryznyh w przemyśle. WNT, W-w, 1979. [4]. http://www.dsyl.net. 0,45 0,40 If [A] 0,35 0,30 0,25 0,20 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 I [A] Rys.6. Chrkterystyki regulyjne I f =f(i ) dl silnik: ) oznikowego, ) szeregowo - oznikowego przy współdziłniu strumieni, ) szeregowo - oznikowego przy przeiwdziłniu strumieni 4.Podsumownie Przedstwione w rtykule lortoryjne stnowisko wyposżone w komputerowy system pomirowy wykzło przydtność do dń wyrnyh prmetrów silnik prądu stłego. Główną zletą stworzonego systemu pomirowego jest możliwość zpisywni dnyh pomirowyh w plikji Exel orz wizulizji tyh dnyh n ekrnie monitor dzięki zstosowniu trkyjnyh interfejsów grfiznyh znznie ułtwijąyh przeieg dń. Wżną zletą przedstwionego systemu pomirowego jest jednozesny pomir i rejestrj wszystkih wielkośi mierzonyh, o nie jest możliwe przy klsyznej metodzie pomirowej.