wykonawcze pradu stalego

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
Laboratorium z Elektrotechniki z Napędami Elektrycznymi
Wydział: EAIiE
kierunek: AiR, rok II
Grupa laboratoryjna:
A
Czwartek 13:15
Paweł Górka
Krzysztof Wesołowski
Łukasz Bondyra
Jakub Tutro
Rafał Ponikwia
EA1: Silniki wykonawcze prądu stałego
30 kwietnia 2009
Temat ćwiczenia:
Data wykonania ćwiczenia:
Celem ćwiczenia było zapoznanie się z pracą, charakterystykami mechanicznymi i regulacyjnymi
dwóch typów silników wykonawczych prądu stałego. Silnika elektromagnetycznego i
magnetoelektrycznego.
1. Charakterystyki mechaniczne silnika elektromagnetycznego
Dokonywaliśmy pomiarów prędkości obrotowej silnika elektromagnetycznego dla zmieniającego się
prądu twornika. Wykonaliśmy 3 pomiary dla różnych wartości napięcia zasilania twornika oraz prądu
wzbudzenia.
prędkość obrotowa [obr/min]
Charakterystyka mechaniczna I
2000
1950
1900
1850
1800
Utw 24[V], Iw 1.1[A]
1750
1700
0
5
10
15
20
prąd twornika [A]
Napięcie zasilania twornika wynosiło 24 V, a prąd wzbudzenia 1.1 A. Widać, że wraz ze wzrostem
prądu twornika maleje prędkość obrotowa silnika.
prędkość obrotowa [obr/min]
Charakterstyka mechaniczna II
1000
950
900
850
800
750
Utw 12[V], Iw 1.1[A]
700
650
600
0
5
10
15
20
prąd twornika [A]
Napięcie zasilania twornika wynosiło 12 V, a prąd wzbudzenia 1.1 A. Ponownie widać, że wraz ze
wzrostem prądu twornika maleje prędkość obrotowa silnika.
prędkość obrotowa [obr/min]
Charkaterystyka mechaniczna III
1150
1100
1050
1000
950
Utw 12[V], Iw 0.7[A]
900
850
800
0
5
10
15
20
prąd twornika [A]
Napięcie zasilania twornika wynosiło 12 V, a prąd wzbudzenia 0.7 A.
Na wszystkich 3 charakterystykach obserwowaliśmy spadek prędkości wraz ze wzrostem prądu
twornika. Spowodowane jest to większymi stratami na opornościach twornika. Obniżeniu wartości
zasilania twornika towarzyszy spadek prędkości obrotowej. Zaobserwowaliśmy to porównując
charakterystykę I z II. Natomiast zmniejszenie wartości prądu wzbudzenia powoduje zmniejszenie
wartości strumienia, co skutkuje wzrostem prędkości. Różnica ta jest widoczna na charakterystykach
II i III.
prędkość obrotowa [obr/min]
Charakterystyka mechaniczna - porównanie
2100
1900
1700
1500
1300
Utw 12[V], Iw 0.7[A]
1100
Utw 12 [V]. Iw 1.1 [A]
900
Utw 24 [V], Iw 1.1[A]
700
500
0
5
10
15
prąd twornika [A]
2. Charakterystyka sterowania od strony twornika
Jedną ze znanych metod regulacji prędkości silników elektromagnetycznych jest sterowanie od
strony twornika. Polega ono na zmianie wartości napięcia zasilania twornika przy zachowanej
wartości prądu twornika i stałej wartości prądu wzbudzenia.
prędkość obrotowa [obr/min]
Sterowanie od strony twornika I
2500
2000
1500
1000
Itw 2[A], Iw 1.1[A]
500
0
0
5
10
15
20
25
30
Napięcie twornika [V]
Pomiary i regulacje prowadziliśmy dla prądu twornika równego 10 A, oraz prądu wzbudzenia
równego 1.1 A. Wraz ze wzrostem napięcia twornika, rośnie prędkość obrotowa.
prędkość obrotowa [obr/min]
Sterowanie od strony twornika II
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Itw 10[A], Iw 1.1[A]
5
10
15
20
25
napięcie twornika [V]
Pomiary i regulacje prowadziliśmy dla prądu twornika równego 10 A, oraz prądu wzbudzenia
równego 1.1 A. Wzrost wartości napięcia twornika powoduje wzrost prędkości obrotowej.
Uzyskane zależności to zależności liniowe. Dla większej wartości prądu twornika uzyskaliśmy mniejsze
wartość prędkości. Wiąże się to z większymi stratami na opornościach wirnika.
prędkość obrotowa [obr/min]
Sterowanie od strony twornika - porównanie
2500
2000
1500
Itw 10[A], Iw 1.1[A]
1000
Itw 2[A]. Iw 1.1[A]
500
0
5
10
15
20
25
napięcie twornika [V]
3. Charakterystyka sterowania od strony wzbudzenia
Drugą ze znanych metod regulacji prędkości silnika elektromagnetycznego jest sterowanie od strony
wzbudzenia. Polega ona na zmianie wartości prądu wzbudzenia dla stałych wartości napięcia zasilania
twornika oraz stałej wartości prądu twornika.
prędkość obrotowa [obr/min]
Sterowanie od strony wzbudzenia I
1700
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
Itw 2[A], Utw 12[V]
0.4
0.6
0.8
1
1.2
prąd wzbudzenia [A]
Regulacje i pomiary prowadziliśmy dla prądu twornika wynoszącego 2 A oraz napięcia zasalania
twornika równego 12 V. Wraz ze wzrostem prądu wzbudzenia, prędkość obrotowa spada.
prędkość obrotowa [obr/min]
Sterowanie od strony wzbudzenia II
2100
1900
1700
1500
1300
1100
Itw 10[A]. Utw 12[V]
900
700
500
0.3
0.5
0.7
0.9
1.1
1.3
prąd wzbudzenia [A]
Regulacje i pomiary prowadziliśmy dla prądu twornika wynoszącego 10 A oraz napięcia zasalania
twornika równego 12 V. Wraz ze wzrostem prądu wzbudzenia, prędkość obrotowa spada. Dla
większego prądu twornika uzyskaliśmy niższe prędkości. Z obu charakterystyk wynika, ze regulacja od
strony wzbudzenia nie ma liniowej charakterystyki. Dla niskich wartości prądu wzbudzenia, wraz ze
wzrostem wartości następuje szybszy spadek prędkości obrotowej.
prędkość obrotowa [obr/min]
Sterowanie od strony wzbudzenia - porównanie
2100
1900
1700
1500
1300
1100
Itw 10[A]. Utw 12[V]
900
Itw 2[A], Utw 12[V]
700
500
0.3
0.5
0.7
0.9
1.1
1.3
prąd wzbudzenia [A]
4. Charakterystyka mechaniczna silnika magnetoelektrycznego
Charakterystykę wyznaczyliśmy poprzez pomiary prędkości obrotowej dla zmieniającej się wartości
prądu twornika. Pomiary wykonywaliśmy 2-krotnie, dla różnych wartości napięcia twornika.
prędkość obrotowa [obr/min]
charakterystyka mechaniczna I
2800
2750
2700
2650
Utw 40[V]
blad gruby
2600
2550
2.5
3.5
4.5
5.5
6.5
7.5
8.5
9.5
prąd twornika [A]
Pomiar wykonywaliśmy dla napięcia twornika wynoszącego 40 V. Niestety wykonane przez nas
pomiary nie są najlepszej jakości. Kłopotliwe były duże wahania wskazań urządzeń pomiarowych.
prędkość obrotowa [obr/min]
charakterystyka mechaniczna II
2150
2100
2050
2000
1950
1900
30[V]
1850
1800
1750
2.5
3.5
4.5
5.5
6.5
7.5
8.5
9.5
prąd twornika [A]
Pomiar wykonywaliśmy dla napięcia twornika wynoszącego 30 V. Wzrostowi prądu twornika
towarzyszy spadek prędkości. Dla niższej wartości zasilania twornika osiągane prędkości obrotowe są
mniejsze.
prędkość obrotowa [obr/min]
charakterystyka mechaniczna - porównanie
2900
2700
2500
2300
2100
30[V]
1900
40 [V]
1700
1500
2.5
3.5
4.5
5.5
6.5
7.5
8.5
9.5
prąd twornika [A]
5. Charakterystyka sterowania silnika magnetoelektrycznego
W przypadku sterowania silnikiem magnetoelektrycznym obwód wzbudzenia stanowią magnesy
trwałe. Dlatego mamy tylko jeden sposób regulacji pracy tego silnika – poprzez zmianę wartości
zasilania wirnika przy stałym prądzie twornika.
prędkość obrotowa [obr/min]
Charakterystyka sterowania silnikiem magnetoelektrycznym
3000
2500
2000
1500
1000
Itw 5[A]
500
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
napięcie zasilania [V]
Wraz ze wzrostem wartości napięcia zasilania twornika rośnie również prędkość obrotowa.
Charakterystyka ma charakter liniowy. Widać ze takie sterowanie pozwala na regulacje w bardzo
szerokim zakresie.
6. Wnioski
Podczas ćwiczenia laboratoryjnego zapoznaliśmy się z charakterystykami mechanicznymi oraz
sposobami regulacji prędkości silników magnetoelektrycznego oraz elektromagnetycznego. Oba te
silniki mogą pełnić rolę silników wykonawczych. Dla nas jako przyszłych automatyków znajomość
sposobów ich regulacji może w przyszłości okazać się kluczowa podczas projektowania urządzeń,
instalacji automatyki czy robotów. Spośród dwóch dostępnych metod regulacji prędkości silnika
elektromagnetycznego, lepsza wydaje się być regulacja od strony twornika. Ma ona zależność liniową
– bardzo pożądaną w automatyce (i nie tylko) oraz zezwala na regulacje w szerszym zakresie.