PROGRAMY I WYMAGANIA TEORETYCZNE DO ĆWICZEŃ

W LABORATORIUM NAPĘDOWYM DLA STUDIÓW DZIENNYCH,

WYDZIAŁU ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI.

Dla ćwiczeń symulacyjnych podane są tylko wymagania teoretyczne. Programy do tych

ćwiczeń podawane są w trakcie zajęć, lub w osobnych materiałach.

Ćw 1

Jednofazowy układ tyrystorowy

- szkicowanie przebiegów napięcia, prądu obciążenia, oraz napięcia tyrystora dla

obciążenia RLE, oraz RLE+Do

- Zdejmowanie charakterystyk biegu jałowego silnika:



o

= f(U

tw

),



o

= f(



o

)

- Zdejmowanie charakterystyk mechanicznych w układzie z silnikiem i dławikiem

dodatkowym z Do i bez Do

- Zdejmowanie krzywych granicznych w układzie z silnikiem i dławikiem

dodatkowym, z Do i bez Do

Ćw 2

Układ napędowy z przekształtnikiem 3T – 3D

- Rejestracja przebiegów układu z obciążeniem RLE (napięcie, prąd obciążenia, prąd

diody zerowej, prąd przewodu fazy R) dla kąta wyzwalania < 60

o

i > 60, przy

przewodzeniu ciągłym i przerywnym

- Zdejmowanie charakterystyk mechanicznych w układzie z silnikiem, dławikiem

dodatkowym i bez dławika dodatkowego

- Zdejmowanie krzywych granicznych w układzie z silnikiem, dławikiem

dodatkowym i bez dławika dodatkowego

- Zdejmowanie charakterystyki sterowania U=f(



) dla obciążenia RL lub RLE, przy

przewodzeniu ciągłym, lub zdejmowanie charakterystyk mechanicznych w
układzie zamkniętym (z regulatorami prędkości i prądu)

Ćw 7

Układ napędowy z falownikiem napięciowym (układ laboratoryjny)

- Zdejmowania charakterystyki U/f
- Zdejmowanie

charakterystyk

elektromechanicznych

(



=f(M

op

),

I=f(M

op

),



=f(M

op

), P=f(M

op

), cos(



)=f(M

op

)) przy trzech różnych częstotliwościach

zadanych f

m

- Pomiar częstotliwości „przeskoku” pomiędzy podzakresami o stałym stosunku

f

k

/f

m

, wyznaczenie f

kmax

i f

kmin

(f

k

– częstotliwość komutacji)

- Pokaz zjawiska nadmodulacji w przebiegu napięcia
- Pokaz pracy prądnicowej silnika

Ćw 8

Układ napędowy z falownikiem napięciowym (układ przemysłowy)

- odczytanie i pomiar wybranych charakterystyk U/f zaprogramowanych w pamięci

falownika

- wprowadzenie własnej charakterystyki U/f i jej pomiar
- zdejmowanie charakterystyk mechanicznych silnika (



=f(M

op

)) dla różnych

wartości kompensacji poślizgu( 0%, Sn, 9%)

Ćw 14

Układ łagodnego rozruchu silnika asynchronicznego

- Rejestracja przebiegów prądu i prędkości w układzie gwiazda – trójkąt dla trzech

czasów przełączenia, kalibracja wskazań prądu na oscyloskopie

- Rejestracja przebiegów napięcia i prądu silnika, w układzie z softvarem
- Rejestracja przebiegów prądu i prędkości silnika, w układzie z softvarem dla

różnych nastaw momentu rozruchowego i czasu rozruchu, dobranie optymalnych
nastaw

- hamowanie w układzie z softvarem, przy nastawionym długim czasie – dyskusja

zjawisk

Ćw 22

Badanie układu Leonarda, pracującego w systemie otwartym

- Zdejmowanie charakterystyki U

g

= f(I

wg

) generatora w stanie jałowym

- Zdejmowanie charakterystyk mechanicznych silnika, pracującego w układzie

Leonarda przy stałym prądzie wzbudzenia generatora (trzy różne wartości) i przy
stałym napięciu twornika silnika (trzy różne wartości)

- Zdejmowanie charakterystyki



= f(U

tw

) silnika przy stałym prądzie twornika,

wyznaczenie na jej podstawie parametrów silnika (R

t

, c



)

- Rozruch układu, oraz hamowanie z odzyskiem energii (pokaz), dyskusja zjawiska

Ćw 24

Regulacja prędkości silnika asynchronicznego, pierścieniowego

- Pokaz działania układu sterowania
- Zdejmowanie

charakterystyk

elektromechanicznych

(



=f(M

op

),

s=f(M

op

),

P

1

=f(M

op

),



=f(M

op

), I

1

=f(M

op

),



=f(P

2

)), dla wszystkich sześciu wartości

rezystancji w obwodzie wirnika

- wykreślenie na podstawie rodzin charakterystyk



=f(M

op

) i



=f(M

op

)

charakterystyk



=f(R

2d

),



=f(R

2d

) przy M

op

=const (opcja)

- Wykreślenie naturalnej charakterystyki teoretycznej z wzoru Klossa i naniesienie

jej na wspólny wykres z pomierzonymi charakterystykami M

op

=f(s)

- Pokaz programowania sterownika PLC (omówienie zasad programowania,

wprowadzenie przykładowego programu, zawartego w instrukcji) (opcja dla
specjalności AiR i AiM)

Ćw 25

Rozruch i hamowanie silnika asynchronicznego klatkowego

- wykonanie połączeń i dokonanie rozruchu w układzie gwiazda – trójkąt
- wykonanie połączeń i dokonanie i dokonanie hamowania przeciwwłączeniem
- wykonanie połączeń i dokonanie i dokonanie hamowania dynamicznego (prądem

stałym)

Ćw 26

Układ napędowy z silnikiem prądu stałego i przerywaczem do regulacji prędkości
obrotowej.

- badania przebiegów czasowych prądu i napięcia wirnika silnika dla różnych

warunków pracy układu.

- badanie charakterystyki sterowania, tj. zależności prędkości obrotowej

nieobciążonego silnika w funkcji współczynnika wypełnienia

- badanie charakterystyk obciążenia, tj.



=f(M

op

), w układzie otwartym

- badania stanów dynamicznych: rozruchu, zatrzymania, zmiany obciążenia w

układzie otwartym

- badanie stanów dynamicznych w układzie zamkniętym

WYMAGANY ZAKRES WIEDZY TEORETYCZNEJ W

LABORATORIUM NAPĘDU I AUTOMATYKI NAPĘDU

ELEKTRYCZNEGO

Ćw 1

Jednofazowy układ tyrystorowy

- przebiegi czasowe w układzie 4T lub 2T, z diodą zerową i bez (napięcie i prąd

obciążenia i tyrystorów) dla obciążenia RL, RLE

- charakterystyki mechaniczne silnika obcowzbudnego prądu stałego, przy stałym

wzbudzeniu, z twornikiem zasilanym przez prostownik

- definicja krzywych granicznych, wpływ indukcyjności twornika, oraz dołączonej

diody zerowej na kształt krzywych granicznych

- cel stosowania diody zerowej w układzie z obciążeniem RL, RLE

Ćw 2

Układ napędowy z przekształtnikiem 3T – 3D

-

przebiegi czasowe w układzie 3T – 3D (napięcie, prąd obciążenia prąd diody
zerowej) dla obciążenia RL, RLE, przy kącie wyzwalania < 60

0

i >60

0

- charakterystyka sterowania U

śr

= f(



) prostowników półsterownych i w pełni

sterowanych przy ciągłym przewodzeniu prądu obciążenia

- charakterystyki mechaniczne silnika obcowzbudnego prądu stałego, przy stałym

wzbudzeniu, z twornikiem zasilanym przez prostownik

- krzywe graniczne (definicja), kształt krzywych granicznych dla silnika, zasilanego

prostownikiem półsterownym, wpływ indukcyjności twornika na kształt krzywych
granicznych

- utrata sterowalności mostka 3T-3D i sposoby zapobiegania temu zjawisku
- cel stosowania diody zerowej w mostku 3T-3D

Ćw 7

Układ napędowy z falownikiem napięciowym (układ laboratoryjny)

- modulacja PWM na przykładzie modulacji naturalnej
- ogólna budowa napięciowego falownika PWM
- widmo harmonicznych w modulacji PWM
- wpływ ograniczenia częstotliwości pracy łaczników na sterowanie falownikiem

PWM

- schemat zastępczy silnika indukcyjnego
- skalarna regulacja częstotliwościowa prędkości silników indukcyjnych (U/f =

const).

- hamowanie prądnicowe silnika indukcyjnego – wyjaśnienie zjawiska i ilustracja

przy pomocy charakterystyk mechanicznych

- obliczanie momentu oporowego, sprawności i współczynnika mocy silnika (jeśli

dane są: napięcie i prąd przewodowy, moc czynna, pobierana z sieci, moc na wale,
oraz prędkość silnika)

Ćw 8

Układ napędowy z falownikiem napięciowym (układ przemysłowy)

- Wymagania jak dla ćwiczenia nr 7

Ćw 14

Układ łagodnego rozruchu silnika asynchronicznego

- regulacja prędkości poprzez zmianę napięcia zasilania stojana, wpływ na

charakterystyki mechaniczne

- porównanie rozruchu przy pomocy przełącznika gwiazda – trójkąt z rozruchem

poprzez zmianę rezystancji wirnika

- sterowanie napięciem realizowane w układzie odwrotnie – równoległym – zasada

działania, przebiegi napięcia i prądu obciążenia typu R i RL

- prądnica obcowzbudna jako obciążenie silnika, wzór na moment oporowy
- hamowanie silnika indukcyjnego ze zwrotem energii do sieci, warunki, ilustracja

procesu przy pomocy charakterystyk mechanicznych

Ćw 22

Badanie układu Leonarda, pracującego w systemie otwartym

- porównanie charakterystyk mechanicznych silnika obcowzbudnego, pracującego w

układzie Leonarda (przy stałym prądzie wzbudzenia generatora) z
charakterystykami naturalnymi (przy stałym napięciu twornika silnika)

- rozruch silnika w układzie Leonarda
- hamowanie prądnicowe w układzie Leonarda

Ćw 24

Regulacja prędkości silnika asynchronicznego, pierścieniowego

- charakterystyki mechaniczne silnika indukcyjnego, pierścieniowego przy zmianie

rezystancji w obwodzie wirnika

- zalety i wady regulacji prędkości poprzez zmianę rezystancji wirnika silnika
- ilustracja procesu rozruchu ze skokową zmianą rezystancji wirnika przy pomocy

charakterystyk mechanicznych

- obliczanie charakterystyk mechanicznych z wzoru Klossa
- obliczanie momentu oporowego, sprawności i współczynnika mocy silnika (jeśli

dane są: napięcie i prąd przewodowy, moc na wale, moc czynna, pobierana z sieci
oraz prędkość silnika)

Ćw 25

Rozruch i hamowanie silnika asynchronicznego klatkowego

- odbiornik trójfazowy, połączony w gwiazdę i w trójkąt – zależności między

napięciami i prądami przewodowymi i fazowymi

- jak zastosowanie przełącznika gwiazda – trójkąt obniża udarowy prąd

przewodowy?

- hamowanie dynamiczne, hamowanie przez przeciwwłączenie – zasada działania,

porównanie

Ćw 26

Układ napędowy z silnikiem prądu stałego i przerywaczem do regulacji prędkości
obrotowej.

- przebiegi czasowe w układzie przerywacza, zasilającego silnik prądu stałego
- charakterystyki mechaniczne silnika obcowzbudnego prądu stałego, przy stałym

wzbudzeniu, z twornikiem zasilanym przez przerywacz

- definicja krzywych granicznych, wpływ indukcyjności twornika na ich kształt

- charakterystyka sterowania U

śr

= f(



) (



– współczynnik wypełnienia) przerywacza

przy ciągłym przewodzeniu prądu obciążenia

ĆWICZENIA SYMULACYJNE

SK - 1 ( TCAD )

Jednofazowy mostkowy prostownik sterowany 2T, 4T.

-

Wymagania jak w ćwiczeniu nr 1, oraz dodatkowo sekwencja wyzwalania tyrystorów w
mostku 2T i 4T

SK – 3 ( TCAD )

Trójfazowy półsterowany układ prostownikowy 3T-3D.

-

przebiegi czasowe w układzie 3T – 3D (napięcie, prąd obciążenia prąd diody
zerowej) dla obciążenia RL, RLE, przy kącie wyzwalania < 60

0

i >60

0

- zagadnienie utraty sterowalności w mostku 3T-3D
- wpływ dołączenia diody zerowej do mostka 3T-3D w stanie normalnej pracy

(przebiegi napięć i prądów w układzie)

- dioda zerowa jako zabezpieczenie przed utratą sterowalności (przebiegi napięć i

prądów w układzie)

SK - 5 ( TCAD )

Trójfazowy falownik z modulacją szerokości impulsów PWM.

- modulacja PWM – zasada
- widmo harmoniczne napięcia, uzyskanego z falownika PWM
- ogólna budowa falownika PWM
- nadmodulacja – wyjaśnienie zjawiska

SK - 6 ( TCAD )

Symulacja i analiza pracy układu napędowego z falownikiem PWM.

-

Wymagania jak w ćwiczeniu SK-5

SK - 2 ( MATLAB )

Symulacja zautomatyzowanego układu napędowego z podporządkowanym układem
regulacji prądu i prędkości.

- zasada działania układu regulacji kaskadowej
- dobór nastaw regulatora prądu i prędkości wg kryteriów Kesslera (kryterium

modułowego i kryterium symetrycznego optimum)

- rola ograniczenia prądowego w procesie rozruchu, hamowania i nawrotu badanego

układu napędowego

- wpływ rodzaju momentu oporowego (potencjalny, reakcyjny) na pracę badanego

układu napędowego

SK - 4 ( MATLAB )

Symulacja działania obcowzbudnego silnika prądu stałego.

- elektryczny schemat zastępczy obcowzbudnego silnika prądu stałego
- równania różniczkowe, opisujące silnik obcowzbudny prądu stałego
- równania silnika w stanie ustalonym
- przekształcenie Laplace'a równań silnika
- transmitancja, schematy blokowe i ich przekształcanie
- opis dynamiki w przestrzeni stanów
- rodzaje momentów oporowych

SK - 7 ( MATLAB )

Wprowdzenie do metody wektorów przestrzennych.

- wektor przestrzenny – definicja i podstawowe zależności
- transformacja wektora przestrzennego między różnymi układami współrzędnych

SK - 8 ( MATLAB )

Wektorowy model silnika indukcyjnego klatkowego.

- wektor przestrzenny – definicja i podstawowe zależności
- transformacja wektora przestrzennego między różnymi układami współrzędnych
- podstawowe równania silnika indukcyjnego w postaci wektorowej
- równania silnika indukcyjnego we wspólnym układzie współrzędnych:

nieruchomym, związanym ze stojanem, lub wirujacym z dowolnie wybraną
prędkością

SK - 9 ( MATLAB )

Modulacją szerokości impulsów PWM – metoda naturalna, z sygnałem nośnym.

- modulacja PWM – zasada
- rodzaje modulacji PWM z sygnałem nośnym
- nadmodulacja – wyjaśnienie zjawiska

SK - 10 ( MATLAB )

Hamowanie dynamiczne silnika DC.

- elektryczny schemat zastępczy oraz równania różniczkowe opisujące obcowzbudny

silnik prądu stałego przy pracy silnikowej i podczas hamowania dynamicznego.

- Rozwiązywanie równań różniczkowych przy pomocy przekształcenia Laplace’a
- transmitancja, schematy blokowe i ich przekształcanie
- ilustracja stanów dynamicznych napędu na płaszczyźnie „moment – prędkość”