KATEDRA ENERGETYKI Laboatoium Elektotechiki Temat ćwiczeia: UKŁAD REGULACJI RĘDKOŚCI SILNIKA RĄDU STAŁEGO (LEONARD TYRYSTOROWY)
I. WSTĘ TEORETYCZNY 1. Chaakteystyki mechaicze silika obcowzbudego Układy egulacji pędkości obotowej silika obcowzbudego wykozystują podstawowe zalety silików pądu stałego, a miaowicie: - możliwość astawiaia pędkości obotowej w badzo szeokim zakesie, - duży momet obotowy pzy ozuchu, - duża pzeciążalość mometem obotowym oaz pądem, - szeokie możliwości kształtowaia chaakteystyki mechaiczej = f(m), - możliwość pacy ze zmiaą kieuku wiowaia oaz zmiaą kieuku pzetwazaia eegii. ędkość obotowa silika pądu stałego jest wyażoa wzoem: U I t ( R t c+ R d) = k Φ gdzie: U - apięcie a zaciskach twoika I t - pąd twoika R tc - ezystacja całkowita twoika R d - ezystacja dodatkowa w obwodzie twoika φ - stumień magetyczy obwodu wzbudzeia k stała kostukcyja silika Regulacja pędkości to wymuszoe zmiay pędkości obotowej uzyskae pzez oddziaływaie a paamety obwodu wzbudzeia i obwodu twoika lub jego układu zasilaia. ędkość obotową moża astawić oaz egulować za pomocą apięcia twoika U, zewętzej ezystacji R d w obwodzie twoika oaz stumieia magetyczego φ. Najczęściej stosuje się egulację pędkości za pomocą zmiay apięcia a zaciskach twoika i stumieia magetyczego w obwodzie wzbudzeia. Chaakteystyki mechaicze silika pzy obu wymieioych sposobach egulacji pzedstawioo a ys.1. zy egulacji watości apięcia twoika U, moża obciążyć silik długotwale mometem zamioowym. Jeśli momet i pąd twoika pozostają stałe pzy zmiaie pędkości (φ = φ ), M = k φ I t, to moc ośie liiowo waz ze wzostem pędkości: = M. Jest to piewsza stefa egulacji, okeśloa jako egulacja pzy stałym momecie ( < ). 2
( ) M 0 = cost chaakteystyka zamioowa U, Φ 2 1 II stefa egulacji U = U = cost Φ > Φ > Φ 1 2 M = cost M M, 1 2 I stefa egulacji Φ = Φ = cost U>U >U 1 2 Rys.1. Chaakteystyki mechaicze silika obcowzbudego w I i II stefie egulacji Uzyskuje się to zmiejszając apięcie U zasilające twoik. ędkość > moża uzyskać osłabiając stumień magetyczy pzy utzymaiu stałej watości apięcia zasilaia U = U. Jeśli utzymaa zostaie dopuszczala watość atężeia pądu obciążeia I t =cost., to uzyska się stałą moc = cost, atomiast momet gaiczy zmaleje hipeboliczie. M= Jest to II stefa egulacji, tzw. egulacja pzy stałej mocy. zy wyboze sposobu egulacji pędkości silika powiy być bae pod uwagę astępujące kyteia: - zakes egulacji, - płyość egulacji, - stabilość pacy pzy daej pędkości, - dopuszczale obciążeie silika pzy daym zakesie egulacji, - ekoomiczość egulacji. Zakes egulacji okeśla współczyik, pzy obciążeiu zamioowym silika. max k = mi łyość egulacji okeśla stosuek pędkości a sąsiedich stopiach egulacji. Stabilość pacy zależy pzede wszystkim od sztywości chaakteystyki mechaiczej silika. 1 3
Dopuszczale obciążeie silika zależy od odzaju i zakesu egulacji oaz sposobu chłodzeia silika, gdyż agzewaie się maszyy jest główym czyikiem ogaiczającym obciążeie silika. Kyteium ekoomiczości powio uwzględiać ie tylko staty eegii spowodowae egulacją, ale także koszt układu egulacyjego. 2. Układ egulacji pędkości Układy półpzewodikowe umożliwiają bezstopiową egulację i stabilizację pędkości silików. Stosuje się układy umożliwiające jede lub dwa kieuki wiowaia z obwodem pędkościowego spzężeia zwotego i obwodem pętli spzężeia pądowego. Na ys.2 pzedstawioo jedokieukowy układ egulacji pędkości obcowzbudego silika pądu stałego. L L L 1 2 3 U R - ~ i p z + - p R( ) i z i z R(I) S - ~ S M Rys. 2. Jedokieukowy układ egulacji pędkości T - postowik pomiau pądu R() - egulato pędkości R(I) - egulato pądu T - pądiczka tachometycza S - postowik steoway S - steowik tyystoów (układ wyzwalaia tyystoów) ętla pądowa (zakeśloa liią pzeywaą) decyduje o pzebiegu pądu twoika silika w staach pacy dyamiczej (p. ozuch, hamowaie). 4
Z egulatoa pędkości R() pzychodzi a wejście egulatoa pądu R(I) sygał pądu zadaego i z, któy powoduje zmiaę kąta wysteowaia tyystoów postowika steowaego S. o zakończeiu ozuchu steowaie pacą postowika steowaego pzyjmuje egulato pędkości kątowej R(), odpowiedzialy za stabilizację pędkości. W staie pacy ustaloej sygał pędkości zadaej z jest poówyway z sygałem pędkości miezoej p (apięcie pądu stałego z pądiczki tachometyczej T). Sygał uchybu pędkości powoduje wysteowaie wzmaciacza pędkości w taki sposób, aby pędkość kątowa silika była ówa pędkości zadaej. Chaakteystyki mechaicze układu a poszczególych poziomach pędkości są sztywe i paktyczie pozbawioe uchybu statyczego ( z - p = 0). Sztywość chaakteystyki okeśla względy spadek pędkości kątowej [%] pzy zmiaie mometu od watości M = 0 do M = M : = 0 gdzie: 0 - pędkość idealego biegu jałowego [ad/s] pędkość zamioowa [ad/s] 0 100 % Chaakteystyka jest sztywa, gdy 10%. 3. Stałe czasowe układu egulacji W staie ustaloym wielkości chaakteyzujące pacę silika, takie jak I t,, M, mają watości stałe. W staach dyamiczych (ozuch, hamowaie) jest potzeby okeśloy czas a osiągięcie watości ustaloych, dotyczy to ówież eakcji silika a zakłóceia paametów układu zasilaia czy zmiay obciążeia silika. acę silika w staie dyamiczym okeślają ówaia: U = e + Rtc i + L d M = M 0 + J dt gdzie: M o - momet początkowy e - watość chwilowa siły elektomotoyczej [V] i - watość chwilowa pądu twoika [A] L - idukcyjość obwodu twoika [H] J - momet bezwładości [kg m 2 ] zyjmuje się iezmieość paametów: U, R tc, φ, M o. di dt Własości dyamicze silika chaakteyzują wyzaczae z pomiaów astępujące stałe czasowe: - mechaicza T M - elektomechaicza T EM - elektomagetycza T E 5
- ciepla T a - obwodu wzbudzeia T f Własości dyamicze chaakteyzuje ówież współczyik wzmocieia obwodu wiika I R k E= U Współczyik te moża pzedstawić jako watość względą ezystacji twoika R odiesioą do ezystacji zamioowej R. R k E= R Zając watość tego współczyika wyzacza się elektomechaiczą stałą czasową. T EM =T M k E Stałą mechaiczą okeśla się ze wzou: JS T M= M gdzie: J s - momet bezładości silika [kg m 2 ] - zamioowa pędkość kątowa [ad/s] M - momet zamioowy [N m] Mechaicza stała czasowa odpowiada czasowi ozuchu działaia silika pzy biegu jałowym, gdy podczas ozuchu działa momet pzyśpieszający ówy mometowi zamioowemu (ys.3). M = M T M t Rys. 3. Sposób okeślaia mechaiczej stałe czasowej T M. Elektomechaiczą stałą czasową T EM wyzacza się z pzebiegu pędkości kątowej silika po skokowo pzyłożoym apięciu a zaciski twoika. 6
1 U U = 0,1... 0,3 M = 0 0 T EM Rys. 4. Sposób wyzaczaia stałej elektomechaiczej silika Elektomagetycza stała czasowa T E wyażoa jest ówaiem: t L T E= R gdzie : L - idukcyjość obwodu twoika [H] R - ezystacja twoika [Ω] Stałą czasową obwodu wzbudzeia moża wyzaczyć z zależości: Lf T f = R gdzie : f L f - idukcyjość obwodu wzbudzeia [H] R f - ezystacja obwodu wzbudzeia [Ω] Ze względu a większą idukcyjość obwodu wzbudzeia stała T f osiąga a ogół zaczie większe watości iż stała T E. Zajomość stałych czasowych i współczyika k E umożliwia okeśleie odpowiedzi silika a skok obciążeia lub egulację atężeia pądu wzbudzeia oaz okeśleie pzebiegu pądu twoika I i pędkości kątowej w miaę dochodzeia do pędkości ustaloej. 7
II. RZEBIEG ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO 1. zeaalizować układ połączeń pzedstawioy a ys.1 i okeślić wielkości miezoe pzez poszczególe mieiki. U T L L L 1 2 3 V A * * W ROSTOWNIK STEROWANY I ms I ts V U s A M T G U g I tg R obc N I mg At Rys.1. Schemat układu egulacji pędkości silika pądu stałego 2. aamety poszczególych chaakteystyk mechaiczych silika okeśla powadzący a) chaakteystyka atuala, U s = U s, I ms = I ms U s = 220V I ms = 0,58A b) chaakteystyki pzy obiżoym apięciu, I ms = cost. U s = 160 V I ms = 0,58A U s = 100V I ms = 0,58A c) chaakteystyki pzy obiżoym stumieiu, U s =cost. U s = 220 I ms = 0,40A U s = 220 I ms = 0,30A 3. Za pomocą autotasfomatoa ustawić watość pądu wzbudzeia pądicy I mg = 0,3A. Regulatoem pądu wzbudzeia silika w postowiku steowaym ustawić wymagaą watość I ms. Regulatoem apięcia twoika silika w postowiku steowaym ustawić wymagaą watość U s. 4. Zmiezyć i zaotować w tabeli 1 watości wskazywae pzez mieiki układu. omiay wykoać dla óżych watości ezystacji obciążeia R obc (5 6 watości R obc ) 5. Obliczyć momet obotowy a wale silika M oaz pędkość obotową silika wykozystując zależości: I mg N m M = c I t g [ N m], gdzie c = 1,31 [ ], I mg = 0,54 A I A mg 8
ob = c T U T [ ] mi o b, gdzie c T = 25 [ ] V 6. Obliczyć spawość silika z zależości: gdzie: η = 2 1 1 = 3 [W] moc pobieaa z sieci 2 = M [W] moc a wale silika Π ad = [ ] 30 s 7. Na podstawie wyików pomiaów i obliczeń wykeślić chaakteystyki mechaicze = f(m) okeśloe w pukcie 2. 8. zedstawić wioski końcowe Tabela pomiaowa Lp U S I ts I ms U g I tg I mg U t M 2 η [W] [V] [A] [A] [V] [A] [A] [V] [ob/mi] N m ad/s W - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 9