Temat ćwiczenia: SILNIK PRĄDU STAŁEGO

Ćwicz. 2
Elementy wykonawcze
EWA/ST
Temat ćwiczenia: SILNIK PRĄDU STAŁEGO - TARCZOWY
1. Wprowadzenie
W ramach ćwiczenia bada się własności mechaniczno elektryczne tarczowego silnika prądu
stałego tj. jego prędkość obrotową w stanie ustalonym oraz czas i przyśpieszenie jego rozruchu w
funkcji napięcia i prądu zasilania.
Obroty silnika mierzy się poprzez pomiar czasu w jakim widoczne są kolejne magnesy
rozmieszczone równomiernie na kole aluminiowym sprzężonym mechanicznie z silnikiem.
Dokonuje się tego w oparciu o widoczny na oscyloskopie obraz pojawiających się impulsów.
Czujnik obrotów wykrywa 12 magnesów równomiernie rozmieszczonych po obwodzie koła.
Sygnał z czujnika można obserwować na prawym gnieździe BNC zamontowanym w zestawie
przy silniku. Należy zauważyć, iż okres obrotu silnika jest 12 razy mniejszy od odczytanej
częstotliwości wykrywanego sygnału.
Oscyloskop
(pomiar obrotów)
Zasilacz
Zasilanie
230V
50Hz
(pomiar prądu i
napięcia)
Silnik
DC
Układ
pomiarowy
obrotów
Rys.1 Schemat blokowy zestawu do badania własności mechaniczno elektrycznych silnika
W celu pomiaru czasu rozruchu należy wyzwolić jednokrotne działanie oscyloskopu
podawanym napięciem zasilania na silnik w chwili jego startu (zasilacz powinien umożliwiać
płynną regulację napięcia z możliwością odczytu prądu i napięcia zasilania). Włączenie zasilania
spowoduje rozruch silnika i automatyczny zapis początkowej części przebiegu sygnału z
czujnika obrotów. Na podstawie zarejestrowanego obrazu można określić czasy charakteryzujące
jego rozruch a w dalszej części szybkość obrotów po ustaleniu. Na rys.2 pokazany jest przykład
uzyskanego przebiegu i sposób określania istotnych do dalszych obliczeń czasów t0 i t.
t0 - jest to czas w jakim silnik obróci tarczę z rozmieszczonymi 12 magnesami od momentu jego
włączenia aż do momentu gdy najbliżej położony głowicy magnes znajdzie się przy niej.
t - jest to okres w jakim silnik dokona obrotu tarczy od momentu t0 o kąt =3600/24=150
(maksymalne wartości na zarejestrowanym przebiegu odpowiadają momentom gdy
EWA-2
1
07/03/2016
Ćwicz. 2
Elementy wykonawcze
EWA/ST
poszczególne magnesy znajdują się przy głowicy, minima gdy głowica jest pomiędzy
magnesami).
t
t0
Rys.2 Sygnał obrazujący rozruch silnika
Na ich podstawie, przy założeniu, że przyśpieszenie kątowe obrotu silnika a jest stałe (można
takie założenie przyjąć dla początkowej fazy rozruchu) wzór uzależniający obrót tarczy po czasie
t0 o kąt  i szukane przyśpieszenie mają postać:
=at0t+ at2 /2
a=/(2t0t + t2)
czyli
(1)
W ćwiczeniu dokonuje się korelacji obrotów silnika z prądem i napięciem zasilającym silnik
oraz jego przyśpieszeniem kątowym.
2. Zestaw aparatury
- Zasilacz
-
-
silnik prądu stałego (tarczowy PTT-11 WAMEL) z zestawem czujników,
-urządzenie pomiaru obrotów,
oscyloskop i komputer.
3. Zadania
3.1
EWA-2
Włączyć zasilacz i ustawić maksymalną wartość ograniczenia prądowego (gałka
CURRENT w prawej pozycji). Ustawić napięcie zasilające na poziomie ok. 2V.
W urządzeniu pomiaru obrotów w panelu czujniki włączyć przycisk HALL. (Pozostałe
przyciski nie mają znaczenia). Uruchomić program oscyloskopu (ikona Pc_lab2000se).
2
07/03/2016
Ćwicz. 2
Elementy wykonawcze
EWA/ST
Sprawdzić poprawność ustawienia w menu; powinno być zaznaczone :
w oknie USB-Device PCSU 1000 a w oknie LPT-Device NON.
Przy prawidłowo włączonym oscyloskopie świeci jego żółty wskaźnik.
Ustawić podstawę czasu na wartość 20ms lub 50ms.
Sprawdzić, przy wyłączonym wyzwalaniu (trigger off), czy są widoczne sygnały z czujnika
obrotów – sygnał zbliżony kształtem do sinusoidalnego na poziomie kilkunastu mV– a na
drugim kanale oscyloskopu poziom zasilania (obydwa kanały powinny mieć ustawione wejście
DC).
3.2
Włączyć wyzwalanie z kanału na którym obserwuje się zasilanie silnika (np. Trigger on
dla Ch2).
Ustawić poziom wyzwalania na ok. 1V (na ekranie oscyloskopu, z lewej strony, widoczny
znacznik czułości triggera). Ustawić rodzaj pracy oscyloskopu na single i podłączyć
zasilanie silnika (końcówka przewodu do gniazda + zasilacza). W momencie podłączania
zasilania powinno nastąpić wyzwolenie rejestracji oscyloskopu .
Włączyć markery (okno View) i wykorzystać je do określenia: czasów charakteryzujących
rozruch silnika (opis – rys.2) oraz okres obrotu w stanie ustalonym. Stan ustalony można
zarejestrować po dłuższym czasie rozpędzania się silnika. Najwygodniej jest powtórzyć
pomiar z wyłączona synchronizacją oscyloskopu. Zanotować odczytane czasy i zapisać
obrazy (z ustawionymi prawidłowo markerami) w pamięci komputera dla pomiaru
przyśpieszenia oraz prędkości obrotów silnika.
Pomiary: obrotów silnika, napięcia, prądu oraz czasów rozruchu t0 i t wykonać dla
napięć od 2V do 5V co 0.5V. Wyniki zestawić w tabeli jak poniżej:
Napięcie
zasilania [V]
Prąd zasilania
po stabilizacji
[A]
Obroty po
stabilizacji
[n/s]
Czas t0 [ms]
Czas t [ms]
Przyśpieszenie
[rad/s2]
Wyniki badań oscylogramy z ustawionymi markerami archiwizować do zamieszczenia w
sprawozdaniu.
Uwaga: wartość napięcia i prądu odczytuje się ze wskazania na zasilaczu.
Należy, w sprawozdaniu udokumentować wybrane przykładowo obrazy pokazujące pomiar
czasu rozruchu i prędkości obrotu z prawidłowo ustawionymi markerami.
4. Opracowanie wyników.
4.1 Zamieścić tabelę pomiarową i wyniki obliczeń (należy zamieścić wzory użyte do obliczeń
oraz co najmniej dwa przykładowe obliczenia z podstawionymi pomierzonymi wielkościami).
4.2 Zamieścić uwagi i wnioski.
EWA-2
3
07/03/2016