Przedmiot: Elektryczne zautomatyzowane napędy elektryczne - projekt
Temat ćwiczenia: UKŁAD NAPĘDU SILNIKA PRĄDU STAŁEGO STEROWANEGO Z WYKORZYSTANIEM PRZERYWACZA Z SPRZĘŻENIAMI PRĄDOWYM I PRĘDKOŚCIOWYM.
Łukasz Piesio, Łukasz Wróblewski, Mateusz Tocha	Prowadzący: dr inż. Kasprowicz

Wstęp

Celem projektu było zapoznanie się z zamkniętym układem napędowym silnika prądu stałego oraz zaprojektowanie schematu w programie PSIM. Projekt musi spełniać następujące zadania:

- szybki rozruch silnika z łagodnym narastaniem prądu pobieranego z sieci,

- regulacja prędkości obrotowej

- utrzymanie prędkości obrotowej podczas wrzutu i zrzutu obciążenia na wale silnika,

- podczas rozruchu obciążenie powinno mieć charakter wentylatorowy.

Schemat projektu w programie PSIM

Na rysunku ze względu na wygodę podzieliliśmy układ na bloki funkcyjne. Dzięki czemu można będzie je rozpatrywać je osobno, rozpatrując tylko sygnały wej/wyj.

Blok prostownika

Przebieg ‘prost’ jest wynikiem przejścia prądów przez blok prostownika (przy obciążeniu rezystancyjno – indukcyjnym wynikającego z rezystancji i indukcyjności twornika oraz dławika).

Blok układu sterowania IGBT wraz z IGBT

Przykładowy przebieg komparatora oraz sygnałów które są na nim porównywane.

S_odniesienia jest sygnałem wytworzonym w bloku automatyki

Blok symulacji obciążenia:

Przebieg wartości zadanej T_zad – moment obrotowy

Przebieg momentu obrotowego silnika dla charakteru pracy wentylatorowego.

Przebieg momentu obrotowego silnika przy wrzucie i zrzucie obciążenia.

W układzie zastosowano dwa sygnały które sterują wrzutem (czas t1=0.6) oraz zrzutem( czas t2=0.8) za pośrednictwem switcha on/off. Sygnał jest elektryczny (prądowy) ale dzięki wbudowanemu w symulatorze bloku M|E (konwertujący sygnał elektryczny na moment)

Przy rozruchu należy zapewnić obciążenie typu wentylatorowego (rys drugi). Przy czym charakterystyka obciążenia T_load(w)=Tc+k1*w musi przyjmować wartość T_{N_LOAD}(w_N)= Tc+k1*w_N

Blok automatyki

Przykładowe przebiegi dla obciążenia wentylatorowego przy wartości zadanej 2700 rpm (282,74 rad/s).

Przykładowe przebiegi dla obciążenia wentylatorowego przy wartości zadanej 1500 rpm (157 rad/s).

Jak widać zastosowanie regulatora proporcjonalno – całkującego sprowadza uchyb do zera. Odpowiednio zadbano również o ograniczenie prądowe które nie przekracza 2,5 * In.

Silnik DC z obwodem wzbudzenia

4,6 KW

STANY DYNAMICZNE SILNIKA:

Rozruch

Do rozruchu potrzebny jest obciążenie momentem wentylatorowym, przy czy nachyleni e(wsp kierunkowy) charakterystyki maszyny roboczej ( w naszym przypadku symulowanej) musi zostać tak dobrane aby przy T_n (znamionowym momencie) silnik obracał się ze ω_n (znamionową prędkością).

Obliczenia:

n_zad – zadana wartość obrotów na reulator

n_rad – mierzona wartość obrotów wału silnika

Ia – prąd twornika

Twal – zadana wielkość momentu obrotowego silnika

TEM_DC2 – wartość momentu obrotowego wytworzona w siliniku

Wrzut i zrzut obciążenia

n_zad – zadana wartość obrotów na regulator

n_rad – mierzona wartość obrotów wału silnika

Ia – prąd twornika

Twal – zadana wielkość momentu obrotowego silnika

TEM_DC2 – wartość momentu obrotowego wytworzona w silniku

Wnioski

Projekt pozwolił nam zapoznać się z problematyką projektowania napędów elektrycznych z wykorzystaniem silnika prądu stałego. Ćwiczenie pozwala stwierdzić, że przerywacz prądu stałego w pełni umożliwia sterowanie napędem elektrycznym silnika prądu stałego. Jest to doskonała alternatywa dla innych układów regulacji prądu stałego ze względu na niskie koszty inwestycji. Regulator proporcjonalno całkujący został eksperymentalnie dobrany do właściwości ruchowych napędu elektrycznego. Zamieszczone przebiegi prądu w projekcie przedstawiają pracę układu oraz regulatora w różnych stanach, a ich charakter udowadnia że napęd działa w prawidłowy sposób. Wymaganą wartość prędkości obrotowej zadajemy na wejście regulatora i zarówno dla maksymalnej prędkości obrotowej jak i również innej wartości z zakresu pracy silnika, prędkość obrotowa na wale silnika jest równa prędkości zadanej. Zadana wartość prędkości obrotowej w rozruchu silnika narasta poniżej czasu 0,4 sek. Podczas rozruchu wartość prądu jest ograniczona do znamionowego prądu silnika. Wrzut i zrzut obciążenia nie powoduje istotnych problemów z utrzymaniem prędkości obrotowej wału silnika. Na charakterystyce widoczny jest spadek prędkości kątowej o 1 rad/s podczas wrzutu obciążenia, lecz w czasie poniżej 0.01 sekundy prędkość ta wraca do wartości zadanej. Podobnie wygląda zrzut obciążenia, gdy prędkość wzrasta o 1 rad/s.

Strona 5 z 5