4. IDENTYFIKACJA PARAMETRÓW NAPĘDU PRĄDU STAŁEGO

4. IDENTYFIKACJA PARAMETRÓW NAPĘDU PRĄDU STAŁEGO
4.1. Program ćwiczenia
•
Pomiar rezystancji obwodów twornika i wzbudzenia
•
Wyznaczanie stałych czasowych i indukcyjności
•
Wyznaczanie strumienia efektywnego kφ silnika
•
Wyznaczanie strat mechanicznych oraz momentu bezwładności zespołu napędowego
4.2. Wiadomości podstawowe
Współczesne napędy prądu stałego to, niemal wyłącznie, napędy regulowane. Obwód
twornika silnika zasilany jest z sterowanego przekształtnika energoelektronicznego. W przypadku silnika obcowzbudnego uzwojenie wzbudzenia również zasilane jest z przekształtnika.
Na ogół jest to prostownik diodowy, a jedynie w przypadku tzw. napędów dwustrefowych
przekształtnik sterowany. Dla obliczenia nastaw regulatorów oraz charakterystyk napędu konieczna jest znajomość szeregu parametrów. Część z nich można obliczyć z danych katalogowych urządzeń, inne muszą być wyznaczone pomiarowo. Ważniejsze od indywidualnych
parametrów każdego z podzespołów (przekształtnik-silnik-maszyna obciążająca) są parametry
charakteryzujące układ napędowy traktowany całościowo. Identyfikowana zatem będzie np.
indukcyjność całego obwodu twornika L’a (łącznie z ewentualnym dławikiem wygładzającym) i łączny moment bezwładności J zespołu silnik-maszyna obciążająca. Spośród różnych
metod identyfikacji parametrów szczególną rolę odgrywają te, które nie wymagają dodatkowego sprzętu pomiarowego i mogą być zastosowane w układzie docelowym bez jakichkolwiek zmian w połączeniach; takie metody można wykorzystać do samoidentyfikacji parametrów przeprowadzanej automatycznie przez program sterujący przekształtnikiem napędu.
Uproszczony opis matematyczny napędu prądu stałego z silnikiem obcowzbudnym
można przedstawić w postaci układu równań (4-1) do (4-6). W równaniach tych sygnałami
zewnętrznymi (wymuszeniami) są: napięcie źródłowe przekształtnika, u’a, oraz moment obciążenia, mob; pozostałe zmienne stanowią odpowiedzi układu. Równania różniczkowe (4-1),
(4-2) przedstawiają równowagę napięć w obwodzie twornika oraz równowagę momentów
mechanicznych. Równania (4-3) i (4-4) opisują elektromechaniczne przetwarzanie energii w
silniku. Uzupełnieniem równań są dwa wzory (4-5), (4-6) określające zależność momentu
strat od prędkości oraz strumienia skojarzonego z osią podłużną twornika (kφ) od strumienia
skojarzonego z obwodem wzbudzenia ψf i prądu twornika ia.
u'a = R 'a ⋅ia + L'a ⋅
dia
+ ea
dt
(4-1)
dω
dt
(4-2)
me _ s − mstr − mob = J ⋅
ea = kφ ⋅ ω
(4-3)
me _ s = kφ ⋅ ia
(4-4)
mstr = f1 (ω )
(4-5)
kφ = f 2 (ψ f , ia )
(4-6)
ia
ua
u’a
F1
W napędach bez regulacji stru-
A1
mienia wzbudzenia często wyko-
F2
mob
A2
uf
rzystuje się zlinearyzowany model,
przedstawiony na rysunku 4.1 b.
if
a)
W modelu tym zakłada się liniową
zależność momentu strat mstr od
M1
R’a
u’a
1
sL’a
ea
mstr
ia
k
me
prędkości ω, a strumień kφ traktuje
jako niezmienny, podobnie jak
M0
1
sJ
mob
k
pozostałe parametry: R’a, L’a, J.
Na rezystancję obwodu twornika R’a
b)
Rys.4.1 Napęd z silnikiem obcowzbudnym pradu stałego:
a) schemat połączeń (linią przerywaną zaznaczono łącznik
zwierajacy obwód twornika przy próbie zaniku prądu),
b) schemat blokowy (pogrubiono elementy o pierwszorzędnym znaczeniu dla napędu regulowanego)
składa się rezystancja
uzwojeń i doprowadzeń twornika
silnika Ra powiększona o
stancje
elementów
rezy-
włączonych
szeregowo z twornikiem, takich
jak dławik wygładzający i/lub re-
zystory dodatkowe. Do rezystancji R’a należałoby również włączyć rezystancję wewnętrzną
źródła (przekształtnika). W niniejszym ćwiczeniu jest ona pomijana, gdyż przekształtnik pracuje z napięciowym sprzężeniem zwrotnym, redukującym rezystancję wewnętrzną praktycznie do zera. Rezystancja twornika silnika Ra może być oszacowana na podstawie danych
znamionowych maszyny: UaN, IaN, ηΝ. Zakładając, że straty w tworniku wynoszą połowę strat
całkowitych, uzyskuje się wzór:
Ra ≈ 0.5 ⋅
U aN
⋅ (1 − η N )
I aN
(4-7)
Rezystancja obwodu twornika nie jest stała, gdyż w jej skład wchodzą także rezystancje
szczotek i przejścia pod szczotkami, zależne od wartości prądu. Dlatego też pomiar dokonany
omomierzem (przy bardzo niskim prądzie) może być obarczony bardzo dużym błędem. Mierzyć rezystancję należy zatem metodą techniczną, wymuszając prąd twornika rzędu prądu
znamionowego, przy zatrzymanej i niewzbudzonej maszynie. Źródłem prądu może być przekształtnik zasilający obwód twornika, a sygnały napięcia i prądu twornika mogą pochodzić z
przetworników pomiarowych przekształtnika – nie jest do tego potrzebna żadna dodatkowa
aparatura. Wyznaczając rezystancję nie można zapominać, że zależy ona również od temperatury i będzie rosła w miarę nagrzewania się wirnika. Wzrost temperatury o 50K może zwiększyć rezystancję o około 20%.
Indukcyjność obwodu twornika L’a jest najistotniejszym parametrem z punktu widzenia dynamiki układu regulacji prądu i momentu silnika. Indukcyjność samego twornika, La,
może być wstępnie oszacowana, dla maszyn bez uzwojeń kompensacyjnych, ze wzoru:
La ≈ 0.6 ⋅
U aN
p ⋅ ωN ⋅ I aN
(4-8)
Istnieje wiele metod pomiarowego
ia
wyznaczenia indukcyjności. Część z nich
zakłada, że najpierw będzie wyznaczona
c
δt
δi
ia(tp)
elektromagnetyczna stała czasowa obwodu
czyć rejestrując przebieg ustalania się prą-
a
b
∆Ip
twornika, Ta=L’a/R’a. Można ją wyznadu twornika ia(t) przy utrzymywaniu stałej,
Ta
najczęściej bliskiej zera, wartości napięcia
w obwodzie. Przy założeniu niezmienności parametrów Ra, La prąd powinien zmierzać do wartości ustalonej Iau zgodnie z
t
tp
Rys.4.2 Trzy sposoby wyznaczania elektromagnetycznej stałej czasowej obwodu twornika (objaśnienia w tekście)
krzywą wykładniczą:
∆ia (t ) ≡ ia (t ) − I au = ∆I p ⋅ e
−
t −t p
Ta
(4-9)
gdzie: ∆I p = ia (t p ) − I au
Przez tp oznaczono dowolnie wybrany czas początkowy, po którym napięcie nie zmienia się
(może to być sam moment skokowej zmiany napięcia, ale również każda z chwil późniejszych). Na rysunku 4.2 pokazano kilka sposobów wyznaczenia stałej czasowej Ta. Dla każdego z nich bardzo ważne jest, aby poprawnie określić wartość ustaloną Iau, do której zmierza
rejestrowany przebieg. Najprostszy sposób wyznaczenia stałej czasowej (rys.4.2a) wynika
wprost z analizy wzoru (4-9), który mówi, że stała czasowa Ta jest to czas, po którym początkowe odchylenie prądu od wartości ustalonej maleje e-krotnie.
Często zarejestrowany przebieg odchylenia prądu ∆ia znacznie różni się od krzywej
wykładniczej, która staje się wówczas jedynie funkcją aproksymującą. Można stosować różne
kryteria jakości takiej aproksymacji. Jedna z prostszych metod zakłada, że całka z wykładniczej funkcji aproksymującej powinna być równa całce z zarejestrowanego przebiegu
(rys.4.2b). W konsekwencji tego założenia uzyskuje się następujący wzór na stałą czasową:
∆ia (t )
dt
∆I p
tp
∞
Ta ' =
∫
(4-10)
Całkowa metoda aproksymacji przebiegu funkcją jednowykładniczą, powtarzana dla różnych
wartości czasu tp, daje wyniki różniące się stosunkowo niewiele. Jeżeli zarejestrowany przebieg odbiega od jedno-wykładniczego i chcemy sprawdzić, jak bardzo zmienia się zastępcza
stała czasowa w funkcji czasu tp, lub prądu ia(tp), to można zastosować sposób pokazany na
rys.4.2c. Bazuje on na obserwacji, że stała czasowa przebiegu wykładniczego jest równa ilorazowi zmiennej przez jej pochodną, po zmianie znaku. Pochodną zastępuje się stosunkiem
skończonych różnic wartości prądu δi i czasu δt, obliczonych na podstawie próbek przebiegu
ia(t) równoodległych od punktu tp. Wzór na stałą Ta’ przybiera wówczas formę prostej proporcji:
Ta ' = − ∆I p ⋅
δt
δi
(4-11)
Metoda wyznaczania indukcyjności na podstawie uprzednio wyznaczanej stałej czasowej,
jest wrażliwa na błędy w określeniu prądu ustalonego Iau, a także na błędy pomiaru i zmienność rezystancji Ra’. Indukcyjność można jednak wyznaczać również metodą podobną do
ostatnio opisanej, ale na podstawie fragmentów przebiegów w stanach nieustalonych, przy
dużych wartościach napięcia ua w obwodzie. Wpływ rezystancji na wynik pomiaru indukcyjności jest wówczas zdecydowanie mniejszy. Wzór (4-11) można przekształcić do postaci, w
której zamiast stałej czasowej i odchylenia prądu od stanu ustalonego wystąpią jawnie indukcyjność, rezystancja i napięcie w obwodzie:
La ' = (ua ' (t p ) − Ra '⋅ia (t p )) ⋅
δt
δi
(4-12)
Jeżeli napięcie ua jest przez pewien czas wokół chwili tp niezmienne, to można rozszerzyć
odcinek czasu δt na podstawie którego dokonuje się obliczeń, co zmniejsza wrażliwość metody na szumy i zakłócenia. Warunki takie są łatwe do wytworzenia w przekształtniku impulsowym prądu stałego, natomiast w prostowniku sterowanym mamy do czynienia nie z napięciami odcinkowo-stałymi, ale odcinkowo-sinusoidalnymi. Przy zasilaniu twornika z prostownika tyrystorowego indukcyjność można wyznaczyć na podstawie pomiaru czasu przewodzenia i wartości maksymalnej pojedynczego pulsu prądu twornika przy przewodzeniu przerywanym (rys.4.3). Jeżeli całkowicie pominąć
wpływ rezystancji i siły elektromotorycznej
ia,ua
Uam
(zerowa prędkość), to uzyskuje się następujący
wzór na indukcyjność:
La ' =
U am
⋅ (1 − cos(π ⋅ f ⋅ tλ ))
2π ⋅ f ⋅ I am
ua
Iam
ia
t
t
(4-13)
Pominięcie rezystancji powoduje, że wzór (413) daje wartości nieznacznie zawyżone. Błąd
jest najczęściej całkowicie pomijalny, a dla stałych czasowych Ta większych od czasu tλ nigdy
Rys.4.3. Fragment przebiegów napięcia i prądu
twornika przy zasilaniu z prostownika tyrystorowego
nie przekracza 5%. W materiałach pomocniczych dostępnych w formie elektronicznej w Laboratorium znajduje się skrypt MATLABa ‘prostownik_2p_LRE.m’ pozwalający m.in. obliczyć indukcyjność i wykreślić teoretyczne przebiegi napięcia i prądu z uwzględnieniem rezystancji Ra i siły elektromotorycznej Ea.
Strumień skojarzony z twornikiem w osi podłużnej, kφ, zależy od strumienia magnetycznego w szczelinie φ, oraz parametrów konstrukcyjnych twornika (liczba przewodów, par
biegunów, gałęzi równoległych) określających współczynnik k. W praktyce napędowej nie
wyznacza się oddzielnie strumienia φ i współczynnika k, ale od razu strumień skojarzony kφ.
Korzysta się przy tym z równania równowagi napięć w obwodzie twornika w warunkach pra-
cy ustalonej. Znamionowy strumień kφ można łatwo wyznaczyć z danych znamionowych
maszyny:
kφ N =
U aN ± I aN ⋅ Ra
ΩN
(4-14)
Znak + w powyższym wzorze dotyczy maszyny znamionowanej jako prądnica, a znak – silnika. Z analogicznego do (4-14) wzoru korzysta się przy pomiarowym wyznaczaniu strumienia
kφ , dla różnych stanów pracy ustalonej, przy silnikowej konwencji oznaczania zwrotu prądu
Ia:
kφ =
U a − I a ⋅ Ra
Ω
(4-15)
Strumień kφ należy wyznaczać przy dużych prędkościach wirnika, ze względu na odwrotnie
proporcjonalny do prędkości wpływ błędów pomiarów poszczególnych zmiennych na wynik.
W uproszczonym modelu silnika traktuje się strumień kφ jako stały parametr, w rzeczywistości jest on zmienną, zależną głównie od wzbudzenia maszyny, a w pewnym stopniu
również od prądu twornika. Strumień zmienia się nawet przy zasilaniu obwodu wzbudzenia z
prostownika diodowego, ze względu na nagrzewanie się uzwojeń wzbudzenia i wahania napięcia w sieci. Przy prawidłowo ustawionych szczotkach prąd twornika nie powinien wywoływać przepływu magnetycznego w osi wzdłużnej, powstaje jednak znaczny przepływ w osi
poprzecznej, w wyniku czego zmienia się rozkład indukcji magnetycznej w szczelinie i niektóre części maszyny ulegają nasyceniu. W wyniku tego zmniejsza się strumień w osi
wzdłużnej, niezależnie od znaku prądu ia. Dokładny model magnetyczny maszyny uwzględniający poprzeczną reakcję twornika jest dość skomplikowany. W niniejszym skrypcie przyjęto, że strumień może być aproksymowany funkcją (2-8), której jeden składnik (kφf) zależy od
strumienia wzbudzenia a drugi – od prądu twornika.
W napędach z regulowanym wzbudzeniem, nie można uważać strumienia kφf za stały,
lub zmieniający się wolno wraz z temperaturą parametr, ale za zmienną sterowaną poprzez
zmiany napięcia wzbudzenia uf. Dokładny model obwodu wzbudzenia powinien uwzględniać
nasycenie, histerezę i prądy wirowe oraz przestrzenne rozmieszczenie tych zjawisk w różnych
odcinkach obwodu magnetycznego. Na szczęście, z punktu widzenia regulacji strumienia
przy pomocy napięcia wzbudzenia, zjawiska nieliniowe w obwodzie magnetycznym nie są
tak bardzo istotne, gdyż wpływają przede wszystkim na przebiegi prądu wzbudzenia, a nie
strumienia. Wzory opisujące obwód wzbudzenia można przedstawić w poniższej formie:
uf
1
s
f
f
kaf
k
f
ea,if
ea
Rfif
1
sLh
Rf
1
Rw
Iwir
if
1
Lf
isat
ilin
Rys. 4.4. Schemat blokowy obwodu wzbudzenia, uwzgledniajacy
nasycenie, prady wirowe i histerezę
u f = Rf ⋅if +
dψ f
dt
if
const
ia = 0
t
Rys.4.5. Przebiegi sem twornika
ea i prądu wzbudzenia if podczas
załączania i wyłączania napięcia
zasilającego prostownik w obwodzie wzbudzenia
(4-16)
i f = ilin + isat + iwir + ihist
(4-17)
kφ f = k af ⋅ψ f
(4-18)
W prądzie wzbudzenia if wyróżniono cztery składowe: liniową, nasyceniową, wiroprądową i
histerezową [ ]. Dwie pierwsze zależą od strumienia skojarzonego z uzwojeniem wzbudzenia
ψf , trzecia i czwarta od szybkości zmian strumienia (pochodnej strumienia względem czasu).
We wzorze (4-18) założono, że strumień kφ skojarzony z obwodem twornika w osi wzdłużnej
jest proporcjonalny do strumienia ψf
skojarzonego z obwodem wzbudzenia. Na rys.4.4
przedstawiono schemat blokowy obwodu wzbudzenia. Wynika z niego, że w pierwszym
przybliżeniu może on być traktowany jak człon całkujący napięcie uf, dla którego spadek napięcia Rfif stanowi zakłócenie. Jak długo regulator wzbudzenia dysponuje znaczną nadwyżką
napięcia uf nad spadkiem napięcia tak długo zakłócenie to jest skutecznie kompensowane, a
jedynym istotnym parametrem obiektu jest współczynnik kaf. Potwierdzeniem słuszności powyższego rozumowania może być analiza przebiegów napięcia twornika na biegu jałowym
ea(t) zarejestrowanego przy stałej prędkości Ω podczas załączania i wyłączania zasilania diodowego prostownika w obwodzie wzbudzenia (rys.4.5). Przy załączaniu napięcia, mimo że
przebieg prądu wzbudzenia jest silnie nieliniowy, strumień, a za nim sem ea narasta przez
dłuższy czas liniowo, zgodnie z modelem w postaci członu całkującego. Z nachylenia przebiegu sem można wyznaczyć stałą kaf :
k af ≈
δe
1
⋅ a
u f ⋅ Ω δt
(4-19)
Po wyłączeniu napięcia zasilającego prostownik wzbudzenia, napięcie uf staje się bliskie zera
(prąd „zamyka się” przez diody prostownika), a przebieg strumienia zależy od spadku napię-
cia na rezystancji wzbudzenia. Analiza przebiegu metodą analogiczną do przedstawionej na
rys.4.3c pozwala stwierdzić, że stała czasowa obwodu wzbudzenia zmienia się bardzo znacznie, nieraz w stosunku przekraczającym 1:10.
Moment strat mechanicznych Mstr zespołu napędowego z silnikiem prądu stałego
może być wyznaczony, łącznie ze stratami w żelazie wirnika, podczas próby biegu jałowego:
M str = kφ ⋅ I a =
U a − I a ⋅ Ra
⋅ Ia
Ω
(4-20)
Przy pracy z dużymi prędkościami strumień kφ może być wyznaczany na bieżąco, jak to zapisano w drugiej części wzoru. Przy pracy z prędkościami niskimi (poniżej 0.3 ΩN) lepiej korzystać z wartości kφ wyznaczonych uprzednio przy większych prędkościach. Przy stałym
strumieniu kφ moment strat zależy tylko od prędkości i może być aproksymowany funkcją (210), o trzech parametrach: M0, M1, M2.
Łączny moment bezwładności zespołu napędowego J może być wyznaczony metodą
wybiegu. Próba wybiegu polega na rozpędzeniu zespołu na biegu jałowym do prędkości
większej niż ta, dla której wyznaczono moment strat, a następnie zablokowaniu impulsów
przekształtnika. Podczas wybiegu należy rejestrować prędkość ω(t) lub sem twornika ea(t) .
Moment bezwładności można obliczyć stosując techniki analogiczne do opisanych przy wyznaczaniu indukcyjności obwodu twornika. Analogiem wzoru (4-12) będzie teraz następujący
wzór:
J = − M str (t p ) ⋅
δt
δt
= − M str (t p ) ⋅ kφ ⋅
δea
δω
(4-21)
Obliczenia J można przeprowadzić kilkakrotnie,
przy różnych prędkościach ω(tp) dla których
uprzednio dokładnie wyznaczono moment strat
δt
δi
(tp)
Mstr(tp) – wyniki powinny różnić się nieznacznie.
Jeżeli udział składowej zależnej od kwadratu
prędkości w momencie strat jest pomijalny
(M2=0), to przebieg prędkości podczas wybiegu
jest zbliżony do wykładniczego. Ze względu na
obecność tarcia suchego linia wykładnicza nie
t
tp
Rys. 4.6. Krzywa wybiegu silnika
zmierza jednak, jak można by się spodziewać, do zerowej wartości ustalonej, ale do danej
wzorem (4-21) hipotetycznej wartości ujemnej Ωust.
Ω ust = −Ω N ⋅
M0
M1
(4-21)
Tarcie suche nie ma charakteru czynnego i znika, gdy prędkość osiąga wartość zerową, dlatego rzeczywista krzywa prędkości podczas wybiegu załamuje się przy prędkości zerowej
(rys.4.6).
Dokładność wyznaczania momentu bezwładności metodą wybiegu zależy przede wszystkim od dokładności wyznaczenia momentu strat. Wpływ momentu strat jest zdecydowanie
mniejszy, gdy bezwładność wyznacza się nie podczas swobodnego wybiegu, ale podczas
rozruchu lub hamowania nieobciążonego napędu, przy stałej wartości prądu twornika, utrzymywanej na zadanym poziomie przez regulator prądu. We wzorze (4-21) oprócz momentu
strat trzeba wówczas uwzględnić również moment elektromagnetyczny silnika. Jego wartość
można uzyskać na podstawie zarejestrowanego równocześnie z prędkością sygnału prądu
twornika ia(t).
4.3. Sposób przeprowadzenia ćwiczenia
4.3.1. Pomiar rezystancji obwodów twornika i wzbudzenia na zimno w stanie beznapięciowym.
Przy wyłączonym zasilaniu stanowiska zmierzyć omomierzem rezystancje uzwojeń
oraz rezystancje dodatkowe w obwodach twornika i wzbudzenia maszyny. Pomiar rezystancji
twornika wykonać również metodą techniczną przy wykorzystaniu zasilacza napięcia z ograniczeniem prądu zwarciowego. Zwrócić uwagę na rezystancje przewodów łączących zasilacz
z zaciskami maszyny.
4.3.2. Wyznaczanie stałej czasowej i indukcyjności obwodu twornika metodą rejestracji zaniku prądu z zewnętrznego źródła prądu (przy wyłączonym zasilaniu
stanowiska)
Obwód do wyznaczania rezystancji twornika metodą techniczną uzupełnić o łącznik
zwierający zaciski twornika. Sygnał ia z pola pomiarowego tablicy sterująco-pomiarowej
doprowadzić do wejścia karty oscyloskopowej lub oscyloskopu cyfrowego. Przy zwartych
zaciskach twornika ustawić położenie linii odniesienia oraz linii sygnału ia w dolnej części
ekranu. Położenie linii sygnału ia przy rozwartym łączniku powinno być w górnej części
ekranu (może okazać się potrzebne dodatkowe wzmocnienie sygnału przy pomocy zewnętrznego wzmacniacza). Poziom wyzwalania ustawić nieco poniżej poziomu sygnału ia dla łącznika rozwartego. Zmienić tryb podstawy czasu na jednorazowe wyzwalanie opadającym zboczem sygnału. Po zwarciu łącznika na ekranie powinien ukazać się przebieg zaniku prądu ia.
Wyznaczyć stałą czasową przebiegu ia(t) bezpośrednio na ekranie przy pomocy kursorów,
ewentualnie wydrukować obraz ekranu lub wyeksportować przebieg ia(t) do arkusza kalkulacyjnego w celu dokładniejszej identyfikacji stałej czasowej Ta.
4.3.3. Wyznaczanie rezystancji i indukcyjności obwodu twornika maszyny zasilanej
przez przekształtnik tyrystorowy
Połączyć twornik silnika z przekształtnikiem DML. Obwód wzbudzenia pozostawić
otwarty. Załączyć zasilanie stanowiska i uruchomić przekształtnik. Rezystancję twornika wyznaczyć z prawa Ohma, na podstawie pomiarów wartości średnich sygnałów Ua, Ia w polu
pomiarowym (pomiary powtórzyć dla kilku wartości prądów). Przy pomocy karty oscyloskopowej obejrzeć kształt sygnałów ua, ia.. Przy pomocy kursorów zmierzyć czas trwania jednego
pulsu prądu tλ oraz jego wartość szczytową Iam. Wyniki udokumentować wydrukiem. Obliczyć indukcyjność L’a obwodu twornika z przybliżonego wzoru (4-13).
4.3.4. Wyznaczanie strat mechanicznych oraz strumienia kφf silnika na biegu jałowym
Przy wyłączonym zasilaniu stanowiska połączyć obwody twornika i wzbudzenia maszyny z przekształtnikiem DML. Uruchomić przekształtnik. Mierzyć wartości średnie sygnałów ua, ia, ω dla kilkunastu nastawionych (potencjometrem P1 i przełącznikiem "lewoprawo") wartości napięcia Ua. Pomiary przeprowadzić dwukrotnie: raz przy braku rezystancji
dodatkowej w obwodzie wzbudzenia i powtórnie z włączoną rezystancją o wartości kilkaset
Ω. Wyliczyć strumień kφf . Jako wynik przyjąć wartość średnią z pomiarów przy dużych
prędkościach (n > 1000 min-1). Wyliczać moment strat jałowych. Charakterystyki momentu
strat w funkcji prędkości aproksymować funkcją wyrażoną wzorem (2-10). Porównać uzyskany wynik z parametrami zamieszczonymi w arkuszu ‘Dane maszyn w Laboratorium’
4.3.5. Wyznaczanie wpływu reakcji twornika na strumień kφ
Przygotować zespół napędowy do pracy z połączeniem silnika indukcyjnego z siecią
poprzez stycznik a maszyny prądu stałego poprzez przekształtnik tyrystorowy. W obwodzie
wzbudzenia
powinna
znajdować
się
rezystancja
dodatkowa
o
wartości
kilkaset
Ω. Potencjometry i przełączniki sterujące przekształtnikiem powinny być w następujących
pozycjach: P1 = max, P2 = min, "U/n" = "U", "lewo/prawo" = "prawo", "blok/start" ="blok".
Załączyć zasilanie stanowiska oraz stycznik przekształtnika DML, po czym dokonać rozruchu
zespołu poprzez bezpośrednie włączenie stycznikiem silnika indukcyjnego do sieci. Odblokować przekształtnik DML. Prędkość napędu powinna być nieco większa od synchronicznej,
a prąd Ia silnika prądu stałego około połowy prądu znamionowego. Zmianę punktu pracy
można osiągnąć przez nastawienie potencjometru P2 na maksimum i obniżanie nastawy potencjometru P1. Należy wyznaczyć charakterystykę strumienia kφ w funkcji prądu twornika i
aproksymować ją funkcją kwadratową (wzór 2-8)
4.3.6. Wyznaczanie momentu bezwładności metodą wybiegu
Uruchomić silnik na biegu jałowym, z włączoną rezystancją dodatkową w obwodzie
wzbudzenia. Do karty oscyloskopowej lub oscyloskopu doprowadzić sygnał prędkości ω lub
napięcia ua. Nastawić potencjometr P1 na maksimum. Rejestrować prędkość lub napięcie
(siłę elektromotoryczną twornika) podczas wybiegu napędu, wywołanego zablokowaniem
impulsów sterujących przekształtnika. Ze względu na długi czas rejestracji (kilkanaście sekund) wyzwalanie rejestracji może być ręczne. Z zarejestrowanego przebiegu wyznaczyć pochodną prędkości w kilku punktach, dla których zostały uprzednio wyznaczone straty. Z wzoru (4-21) obliczyć moment bezwładności zespołu napędowego.
4.3.7. Wyznaczanie momentu bezwładności metodą rozruchu na biegu jałowym
Do karty oscyloskopowej lub dwukanałowego oscyloskopu doprowadzić sygnały prędkości i prądu twornika uśrednionego przez filtr uśredniający z okresem 20ms (patrz ćwiczenie
3). Potenjometry P1 i P2 w przeksztaltniku DML nastawić na maksimum. Zamykając łacznik
‘zadawanie bezpośrednie’ dokonać rozruchu zespołu napędowego z maksymalnym prądem
twornika. Podczas rozruchu rejestrować prędkość i uśredniony prąd twornika. Dla obliczenia
momentu bezwładności wybrać odcinek zarejestrowanych przebiegów, na którym prąd się nie
zmienia, a prędkość rośnie liniowo.
4.3.8. Wyznaczanie wzmocnienia i stałych czasowych obwodu wzbudzenia
Połączyć obwód wzbudzenia silnika, pozostawiając otwarty obwód twornika. Do zacisków F1-F2 obwodu wzbudzenia dołączyć woltomierz. Uruchomić zespół od strony silnika
indukcyjnego, załączając stycznik łączący go z siecią. Rejestrować przebieg napięcia indukowanego w tworniku silnika prądu stałego po załączeniu i wyłączeniu napięcia zasilania
prostownika wzbudzenia (załączać i wyłączać należy wyłącznik samoczynny DML w skrzynce zasilania przekształtników). Rejestracje należy wykonać przy braku rezystancji dodatkowej
w obwodzie wzbudzenia oraz z rezystancją kilkaset Ω. Dla obu przypadków zanotować wartość ustalonego napięcia wzbudzenia Uf.
4.3.9. Sprawdzenie wartości rezystancji obwodów twornika i wzbudzenia na ciepło
Przy wyłączonym zasilaniu stanowiska powtórzyć pomiary z punktu 2.1.
4.4. Zawartość sprawozdania
W sprawozdaniu należy zamieścić:
•
Rejestrogramy, wyniki pomiarów i obliczeń parametrów maszyny, z krótkimi objaśnieniami do każdej z stosowanych metod
•
Porównanie wyników pomiarów parametrów uzyskanych różnymi metodami z parametrami oszacowanymi na podstawie danych znamionowych oraz danymi zawartymi
w zestawieniu ‘Dane maszyn w Laboratorium.xls’.
•
Uwagi i spostrzeżenia dotyczące programu i przebiegu ćwiczenia